基于离散模块梁单元理论的超大型浮体在非稳态载荷下的水弹性响应

使用离散模块梁单元(Discrete-Module-Beam, DMB)理论计算超大型浮体在非稳态载荷下的水弹性,包括位移响应和结构力响应。使用三维势流理论进行水动力分析,并基于Cummins方程将DMB方法扩展至时域;使用子梁法进行位移响应还原。在求解结构力响应时,结构被视作无支持、两端自由的无质量梁,将其所受外载荷按沿结构纵向分布是否已知划分为2类。对于已知分布的外载荷,直接对其进行积分即可获得结构力分布;对于未知分布的外载荷,使用改进后的三次曲线插值法求解结构力分布。计算定点货物移动和飞机降落工况下的水弹性响应。采用DMB方法可准确计算结构位移响应,也可给出非稳态加载过程中初始阶段的弯矩分布,并体现由集中力作用引起的弯矩突变。     

张紧式系泊水下浮筒动力响应特性

对一种新型可移动式水下张紧系泊浮筒型油气外输终端系统进行模型试验,详细研究该水下浮筒系统的动力响应和张紧式系泊的受力特性,发现水下系泊浮筒在顶浪时除纵摇运动外还存在垂直于波浪方向的横向运动,张紧式系泊受力呈现脉冲载荷特性。研究为张紧式浮筒外输终端系统的设计提供理论依据。     

箱式超大型浮式结构物在波浪中的运动响应研究

应用三维水弹性理论和刚体的三维势流理论对箱式超大型浮式结构物在波浪中自由漂浮时的运动响进行了对比研究。     

海上风力机耦合储能双浮动结构动力响应特性

针对目前海洋工程中弱连接双浮体系统约束较少导致的结构运动响应过大的问题,基于“一机一储”式结构概念,提出一种具有多约束的海上漂浮式风力机耦合氢储能双浮动结构。采用Ansys软件对一般海况下多约束双浮动结构的动力响应特性进行仿真分析,结果表明：耦合氢储能装置的风储双浮动结构在纵荡、纵摇和垂荡等3个主自由度方向运动响应较小;氢储能单元垂荡最大运动幅值仅为储能单元高度的7.21%。在一般海况下具有多约束的风力机耦合氢储能双浮动结构具有优良的运动性能。     

深吃水圆筒型核能平台水动力特性与运动响应性能

深吃水圆筒型核能平台的设计吃水与主体直径相近,主尺度特征有别于现有圆筒型海工平台。为探究其性能特点,针对深吃水圆筒型核能平台的水动力特性和时域运动响应展开计算研究。采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)方法模拟平台横摇和垂荡自由衰减,并基于二次阻尼模型计算相应阻尼因数;基于势流理论计算平台响应幅值算子(Response Amplitude Operator, RAO)和固有周期,并结合南海典型海况对平台的运动响应性能和适用性进行分析评估。结果表明：深吃水圆筒型核能平台垂荡、横摇和纵摇固有周期均长于常见波浪周期;平台纵荡运动主要受二阶波浪载荷影响,低频特性明显;垂荡和纵摇运动受自身固有频率影响较大,垂荡同时表现出波频特性。深吃水圆筒型核能平台总体运动性能良好,适应南海海况,所得结果可为工程应用提供相关参考。     

基于集中质量法的深水S型铺管动力响应研究

深水S型铺设时,管线承受巨大的环境载荷,需要准确地模拟管线受力,以保证管线安全。基于集中质量法,推导管线受力计算公式,建立考虑海床、托管架以及海流影响的S型铺管的三维管线数值模型,用广义α积分对铺设系统进行动力迭代求解,采用Fortran语言编写程序,将静力分析结果与Orcaflex计算结果对比,验证了理论模型的正确性。最后结合算例分析了垂荡和纵荡运动下,张紧器张力变化情况,以及垂荡运动时管线的有效张力、弯矩、速度和加速度的变化情况。     

考虑水动力干扰的浮式起重船动态响应

基于三维势流理论,考虑运输船舶对起重船的水动力干扰作用,建立双浮体系统中起重船-吊物的时域耦合分析模型,研究4种系泊方案下起重船与吊物的运动响应,结合系泊缆张力的动态响应,对比分析系泊系统对起重船和吊物的影响。结果表明：起重船与吊物的运动响应具有同步性;当运输船旁靠起重船时,起重船和吊物的运动响应较小,可有效地降低运输船对起重船的水动力干扰。     

海上浮圈结构在规则波下的频域水弹性响应

运用水弹性理论分析浮圈结构在波浪作用下的弹性变形,并考察浮圈尺寸、吃水、弹性模量及环境参数对浮圈垂向变形幅值的影响。采用离散模块-梁单元（Discrete-Module-Beam,DMB）方法对浮圈进行水弹性分析。将浮圈离散为若干个刚性子模块,运用多刚体水动力学理论计算作用于浮圈的水动力载荷,并用曲梁理论计算浮圈结构的整体变形。结果表明：浮圈不同位置的垂向变形有明显差异,在波浪传播方向首尾两端的变形幅值明显大于中部,且这一特点随入射波频率的增加更加明显;在高频段浮圈的整体变形幅度随直径比和弹性模量的增加而减小;吃水对浮圈垂向变形幅值的影响相对较小,其主要作用体现在加剧了迎浪点垂向变形幅值曲线在高频段的振荡现象;水深变化对浮圈垂向变形的影响在不同位置和不同频率下呈现出差异性。     

横浪作用下大型上部组块双船浮托安装动力响应特性试验研究

海洋平台万吨级上部组块安装是海洋油气资源开发中极具挑战性的工作,单船浮托由于受到驳船吃水等因素的限制,已无法满足上部组块重量逐渐增大的需求,探讨并分析双船浮托安装的可行性,对海洋平台的发展具有重大意义.本文以“海洋石油225”号和“海洋石油226”号双船的物理模型为研究对象,对横浪作用下双船浮托安装进行了试验模拟,研究...     

超大型海洋浮式结构物系泊系统设计研究

阐述开发超大型海洋浮式结构物(VLFS)对海洋工程的持续发展具有深远的战略意义。重点介绍了VLFS系泊布置、系缆桩选择及其运动方程式。     

防波堤失效条件下超大型海洋浮式储油船系泊系统可靠性评估

基于极限状态设计法，设计了适用于我国战略石油储备用的超大型浮式储油船系泊地点处所的防波堤，并采用蒙特卡罗法模拟了防波堤的失效概率。用时域教值模拟法求解储油船运动方程并对其系泊系统进行了可靠性分析。结果表明，防波堤失效与否对储油船系泊系统的可靠性有显著影响。     

海上浮式风机码头系泊方案及系统动力响应

研究浮式风机整机码头系泊方案及环境载荷作用下的动力响应。考虑钢缆-尼龙缆复合缆、非线性护舷,设计高位系泊和低位系泊两种浮式风机的码头系泊方案。考虑风浪流环境载荷,计算浮式风机整机码头系泊的动力响应,分析系泊方式、浪向、谱峰周期等参数对浮式风机运动、机舱加速度、缆绳张力等的影响。结果表明：针对给定的环境参数,浮式风机各自由度运动极值都不大,在90°浪向下浮式风机的运动最明显;高位系泊比低位系泊更安全,在施工允许的情况下,采用较高的系泊位置是有利的。所作研究为浮式风机系统码头系泊方案提供参考。     

多锚链系泊浮体的稳定性评估

基于单根锚链的悬链线方程.建立整体作用下的叠加型多锚链系泊浮体的准静态控制方程,给出了一定环境载荷作用下,多锚链浮体的漂移量与水平系泊力间的关系。计算结果对海上防撞设施的设计提供理论参考。     

浮式风机浅水系泊松弛-张紧特性

以10 MW浮式风机的系泊系统为研究对象,分析不同工况、不同系泊参数下系泊缆张力和风机运动响应变化规律,探讨系泊缆松弛-张紧现象产生的原因,分析不同系泊参数对系泊缆极限张力的影响。结果表明：提高导缆孔高度、在系泊缆上增加质量块和浮筒均可有效消除系泊缆松弛状态,减小系泊极限张力,保证系泊安全。     

6 MW单柱型浮式风力机系泊链预张力对运动响应特性的影响

以6 MW海上单柱浮式风力机为研究对象,运用时域耦合分析方法探讨系泊链水平预张力对浮式风力机系统整体运动响应特性的影响。数值研究结果表明:增加系泊链水平预张力能有效改善浮式风力机的纵荡和垂荡运动,对浮式风力机纵摇和横摇运动的影响有限。根据系泊链预张力对浮式风力机整体运动的影响特性优化系泊系统,优化后的浮式风力机具备良好的总体运动响应,该系泊系统能保证浮式风力机的安全。所得结论对浮式风力机系泊系统设计具备一定参考意义。     

浮式风机共享锚点系泊系统动力响应分析与成本评估

为提高海上浮式风机(Floating Offshore Wind Turbine, FOWT)的系泊效率和经济效益,以NREL 5 MW海上浮式发电机组OC3 Hywind系泊系统为研究目标,研究一种新型多系泊线共享锚点的系泊设计方式,即风电场中多个相邻风机共享锚点,将多线锚净力定义为作用在该锚上的系泊线张力的矢量和,并在SIMA RIFLEX软件中进行时域响应模拟,对多线共享锚点系泊系统进行动力响应分析和成本评估。结果表明：对于大规模海上风电场,采用3线和4线共享锚点的设计可使所需锚点的数量分别降低66.7%和75.0%;与传统的单线锚系泊相比,3线和4线共享锚点的设计均使多线锚载荷减小;对于风机数量为100个的大规模风电场而言,采用3线和4线共享锚点的设计可使风电场中锚的总成本分别降低55.94%和63.49%。该研究可为共享系泊设计在海上风电场中的应用提供参考。     

极浅水大潮差海域漂浮式海上光伏阵列系泊系统优化设计

面向海上太阳能资源开发,提出一种轻量化单层框架式漂浮式海上光伏支撑结构。为应对极浅水、大潮差给漂浮式海上光伏阵列系泊系统设计带来的极大挑战,考虑风、浪、流等环境载荷联合作用,采用时域耦合动力分析方法对漂浮式光伏阵列与系泊系统整体动力响应进行数值仿真,探究不同系泊参数对模块阵列运动响应和系泊缆受力等的影响规律。结果表明,合理选择系泊半径、浮子位置、浮子净浮力和预张力大小等可有效改善漂浮式海上光伏模块阵列的运动响应和系泊缆张力。基于此对系泊系统进行优化设计,并给出满足工程要求的系泊系统设计方案。     

系泊锚在海上浮式风机中的应用

综合调研现有海上浮式风机的种类、特征和系泊锚的基本情况,对于现有浮式风机常用的吸力锚、拖曳锚、重力锚在实际工程中的应用、设计施工考虑要点、优势与局限性进行分析。结果表明,深吃水立柱式(Spar)结构配吸力锚、半潜式结构配拖曳锚、张力腿平台(Tension Leg Platform, TLP)结构配重力锚是目前常用的配套形式,其中半潜式结构配拖曳锚认可度最高。上述结果可为我国海上浮式风机系泊锚型的选取与设计提供相应的参考依据。