拖缆系统直线定常运动仿真计算

推导了一个三因次拖缆系统动力平衡运动方程式,采用中心差分方法数值离散拖缆系统动力平衡方程,根据离散方程编制了拖缆系统直线定常运动程度,在设定拖缆尾端自由边界条件及拖点边界条件下,数值仿真计算30m拖缆的阵形,根据仿真计算讨论了拖缆的材料刚度、拖缆水中重量、拖点速度、水动力系数主要参数等对拖缆阵形的影响,拖缆系统直线定常运动的仿真计算为拖缆系统设计可提供参考依据,同时通过该记真计算及讨论,为拖缆系统非定常运动仿真计算奠定了基础。     

拖缆系统回转运动仿真计算

用三因次拖缆系统动力平衡运动方程式,在时间和空间上作中心差分数值离散平衡方程式,编制了拖缆回转运动计算程序,在拖缆尾端自由边界条件中,将尾绳阻力作为自由尾端点的张力,改善了因自由尾端张力为零引起的差分方程奇异性,使仿真计算更加稳定。将阵形坐标值转换到拖点运动坐标系中,便于拖船观察回转机动中阵形的变化。仿真计算了两个拖曳阵试验模型,仿真结果与试验比较吻合较好,对实尺寸拖曳线列阵进行了仿真计算,讨论了拖点速度和回转半径对阵形影响。     

圆筒形FPSO干拖运动特性计算研究

该文针对圆筒形浮式生产储油卸油平台（FPSO）在干拖过程中的运动特性进行了计算研究。通过MOSES软件建立了FPSO与驳船的整体模型,并在时域中对其运动响应进行了数值模拟,进而得到了运动响应极值。通过将不同谱峰周期的波浪下的运动响应及加速度变化进行对比,研究了其对谱峰周期的敏感性。最后将相同海况下干拖方案与湿拖方案的运动性能进行了对比和分析。     

水面拖曳系统的双拖安全性分析

建立了水下拖缆数学模型,并结合拖体空间运动方程和中心差分法,对水面拖曳系统的双拖回转运动进行了仿真计算。根据多种条件下的计算分析结果,提出了提高双拖碰缆安全性的方法。     

风作用下缆船拖带非线性系统运动数值模拟

基于船舶操纵性运动方程和拖缆的三雏动力学运动方程，提出了被拖点位置匹配的方法，建立了拖船-拖缆-被拖船系统的非线性整体拖带动力学模型．为了考察被拖船航向稳定性与横向稳性的关系以及风栽荷作用的影响，被拖船采用水平面四自由度运动方程，并引入了风的作用力和力矩．拖船采用PD控制方法较真实地模拟了拖船航向改变的运动过程．对一个拖船拖缆被拖船系统（5000t的拖船和3000t的被拖船）在时域内进行了风作用下拖带运动的模拟．计算结果表明，风力增大拖带航向稳定性降低，拖带航向稳定是横向稳的必要条件．数值计算结果归纳出判别被拖带船航向稳定性的极坐标图，该极坐标图表明顶风航行较顺风具有较强拖带航向稳定能力，但是拖带航向稳定性区域很小，而顺风和顺斜风拖带比顶斜风具有更大的拖带航向稳定性区域．     

减震垫对导弹水下垂直发射横向振动的影响

在导弹的水下垂直发射过程中,减震垫的变形与导弹运动相互耦合,减震垫特性直接影响出筒过程中导弹的横向振动。根据动量和动量矩定理建立了导弹在出筒过程的动力学模型,分析了导弹在筒内横向运动的自由振动特性,得到了导弹在发射平台坐标系下的横向振动方程。在此基础上,研究了减震垫刚度、轴向尺寸和筒内分布对导弹横向振动频率、截面受力以及出筒姿态的影响。研究结果为导弹水下发射系统的结构设计及优化提供了理论基础与研究手段。     

运动平台上跟踪系统主镜筒动态特性分析

本文根据运动平台上某跟踪系统主镜筒的设计方案,在ansys平台下建立系统有限元分析模型,求得了主镜筒的前十阶固有频率和结构的强弱分布,确定了结构分析的重点为主、次镜的相对位置变化.定义了描述主、次镜相对位置变化的参量及其计算方法,并在冲击载荷作用下计算分析了主、次镜相对位置的瞬态响应,总结了主镜筒的响应规律.分析结果为...     

分舱板对海上风机混凝土筒型基础承载模式的影响

出于拖航稳性、施工下沉、精细调平及结构强度的原因,混凝土筒型基础筒内须设置分舱板。一般设计时不考虑分舱板对承载力的作用,实际上分舱板的存在对于筒型基础的承载模式和承载能力本身是有一定的影响。通过数值模型定量对比带分舱板和无分舱板两种混凝土筒型基础的承载特性,得到分舱板对承载模式的影响。结果显示带分舱板的基础与无分舱板的基础承载模式基本相似,当荷载较小时分舱板对承载力的作用不明显,因此基础设计时可以不考虑分舱板的作用,但随着荷载的增加,分舱板对承载力的提高作用逐渐显现,当达到极限承载时,基础竖向承载力提高6.9%,水平承载力提高18.3%,弯矩承载力提高16.5%,在极端条件下,带分舱板的混凝土筒型基础将具有更大的安全储备。     

三体船在迎浪不规则波中的运动和载荷试验研究

通过三体船自航模型试验,对三体船迎浪不规则波下的运动和载荷状态进行对比和分析。统计不规则波下运动特征值,分析船体纵摇、升沉以及主船体加速度随浪级和航速的变化规律;在船体模型上合理的布置传感器,对不规则波下船体剖面载荷纵向分布进行研究,并分析浪级和航速变化对于载荷的影响;统计船艏上浪的次数和船体表面压力的极值,研究压力极值随船长、型深以及片体内外侧的分布规律,给出不规则波下浪级和航速对波浪砰击载荷的影响。经一系列的模型试验,为三体船的设计以及后续的结构强度评估提供支持。     

模块化海上平台连接器的动力响应研究

采用刚性模块刚性连接器(RMRC)模型对模块化海上平台连接器的动力特性进行了研究。在该模型中,将由模块拼装而成的海上平台看成一个整体结构,而连接器的载荷简化为结构相应剖面的载荷。基于三维势流理论,通过引入"高频低速"的假设,推导了低航速浮体在波浪中运动及载荷响应分析的理论和方法。计算了2种海况、4种结构尺寸、7种浪向角下结构连接器的载荷响应,得到了连接器动力响应与海况、结构尺寸及浪向角之间的关系和规律,为模块化海上平台连接器的设计及使用提供了有益的借鉴。     

深水铰接塔平台的非线性动力特性分析

研究了铰接塔平台在波浪和海流作用下的非线性动力特性。将平台顶部工作单元简化为集中质量,塔柱和浮力仓简化为均匀直杆,建立了铰接塔平台动力分析模型。考虑海流和波浪对平台的作用,应用Morison公式计算铰接塔平台瞬时位置所受水动力,依据拉格朗日原理建立了铰接塔平台的强非线性运动方程。分别考虑波浪作用和波流联合作用,采用数值计算的方法研究了铰接塔平台超谐共振和混沌运动。研究表明,波流联合作用下平台的超谐共振运动响应增加,在大幅和较高频率波浪激励下,平台系统出现混沌运动。     

水平载荷作用下土体与桶形基础的相互作用

本文从理论上分析了横向载荷作用下土体与桶形基础的相互作用。根据土体的简化弹簧模型,建立了单桶和四桶结构在横向载荷作用下力系的平衡方程,提出了估算水平载荷作用下桶顶水平位移的方法,并将桶顶位移的估算结果同三维有限元方法的数值计算结果进行了比较,发现两者相当一致。文中还对胜利油田CB20B桶形平台在几种不同工况条件下的地基稳定性进行了评价。     

独柱墩-自浮式防船撞装置波浪荷载研究

针对独柱墩-自浮式防船撞装置耦合体系,开展室内波浪力试验并总结相关规律,利用试验结果验证校准AQWA数值模型。根据结构所受波浪压强的分布情况,利用Morison公式提取相应的荷载并得到结构水动力系数。考虑波浪高度、波浪周期、防撞装置断面形式和大小、防撞装置自浮比等影响因素,计算结构惯性力系数和接触力系数与相关因素的定量关系。研究表明：自浮式防撞装置起伏运动产生辐射波浪,使墩柱波压强数值偏大但不改变总体分布趋势。结构间接触力随机变化,可把结构接触力与墩柱波浪力之间的比值定义为接触力系数。计算得耦合体系中墩柱的惯性力系数达到2.175左右,防撞装置的惯性力系数达到2.125左右,接触力系数达到1.340左右。     

长周期地面运动和SSI效应对风机动力响应的影响

针对建设在软土地基上的大功率风机结构,需要同时考虑长周期地面运动和土-结构相互作用(SSI)的影响.为了全面研究长周期地面运动和SSI效应对风机塔筒结构动力响应的影响,首先基于某1.25 MW变桨距风机结构建立了包含叶片、机舱、塔筒和基础的结构整体有限元模型,并进行了模态分析.其次在世界地震记录数据库中选择了1条普通波...     

防波堤帷幕尺度对波浪力和消浪性能的影响研究

帷幕式防波堤下部透水,利于港内外的海水交换,防止水质恶化,维持原始水域生态平衡,因此模拟波浪与防波堤的相互作用具有重要的现实意义。该文基于高阶紧致插值CIP(Constrained Interpolation Profile)方法的二维波浪数值模型水槽,通过与文献结果进行比较,结果表明：该文数值模型能够有效地模拟孤立波在冲击帷幕式防波堤过程中的波浪破碎等强非线性现象。通过数值模拟,描述了帷幕式防波堤在不同的宽度和浸没深度情况下与孤立波之间的相互作用中流速和涡度的演变过程,并讨论了孤立波波高和帷幕式防波堤结构尺寸对反射、透射、耗散系数以及在帷幕式防波堤上冲击力的影响。研究表明：帷幕式防波堤的相对浸没深度越大时,消浪效果良好,同时帷幕式防波堤的相对宽度对消浪效果的影响较大。     

浮式鲆鲽类网箱在波流场中动态响应的数值模拟

根据浮式鲆鲽类养殖网箱的结构特点,基于有限元方法对波流共同作用下网箱的运动受力进行数值模拟,并将数值模拟结果与水槽模型实验结果进行比较分析。结果显示:在3种工况条件下,计算机模拟值与实验值吻合较好,验证了程序及数学模型的可靠性。借助于计算机3D可视化技术,可对波流场中网箱结构的运动过程进行虚拟呈现。其中,当流速为26cm/s时,网箱底框架最大倾角可达9°;波浪作用下底框架最大倾角为12°。当波流联合作用时,底框架最大倾角与最大锚绳受力值均高于波浪或水流单独作用时。当水流入射方向与波浪成角度时,底框架最大倾角与锚绳受力随着夹角的增加而减小。今后将通过海上实测进一步对模拟结果进行验证,使数值模拟能够更加精确。     

基于Stewart并联机构的直驱式波能转换器能量转换性能研究

为实现对不同方向海洋来流波浪能量的高效俘获，设计了一种基于Stewart并联机构的直接驱动式波浪能量转换器，该转换器的支链单元采用弹簧连接永磁体动子，通过与定子线圈的相对运动实现波浪能与电能的转换。在特定海域波浪环境下对该波能转换器进行动力学分析，并基于弗汝德-克雷洛夫假定法计算了转换器所承受的水平和垂直波浪力；采用ADAMS动力学仿真分析软件对该波能转换器进行动力学建模与能量转换仿真分析，研究了波浪力作用下其弹性支链的变形规律，并分析了支链弹簧刚度系数与动平台质量之比对转换器能量转换率的影响。研究结果表明：在波浪激励下，该波能转换器能够俘获由垂向和横向波浪运动产生的能量；通过优化调整支链弹簧刚度系数与动平台质量的比值，该波能转换器的最大能量转换率可达35.2%。研究结果可为新型高效波能发电装置的设计提供重要的理论依据。     

海上风电大尺度顶承式筒型基础承载力特性有限元分析

与现有的海上风电传统筒型基础相比,新型筒型基础——大尺度筒顶承载式筒型基础凭借其特有的宽浅式筒顶承载模式和更大的承载能力已经越来越受到关注。所以,合理地建立此类新型筒基基础的极限承载力和地基的破坏包络面,分析其承载特性,对于该基础结构设计和实际应用过程中的安全性和稳定性研究起着重要的作用。通过大型有限元软件ABAQUS,利用位移加载控制方法﹑Swipe试验加载方式和荷载-位移联合控制搜索方式,对5MW海上风机大尺度筒型基础的两种典型形式进行承载力特性弹塑性分析和对比,得出在单方向荷载单独作用下,弧线型筒型基础的极限承载力比直线型高出6%~8%,在荷载组合作用下,弧线型筒基比直线型有更广泛的三维破坏包络面,即弧线型筒基在各个方向上的极限破坏值,都要比直线型的要大,表现出更好的承载性能;同时对两种大尺度筒型基础的破坏模式进行分析。研究结果为进一步的基础结构选型和优化设计提供参考依据。