三维台阶型月池非线性共振运动特性数值研究

该文以无限水深下无台阶、有台阶月池的固定船体为研究对象,采用基于势流理论的WAMIT和有限体积法的STAR-CCM+的数值方法,计算月池活塞共振、晃荡共振及次共振时自由面运动,分析流体黏性、月池台阶对月池自由面运动和共振模态的影响以及非线性效应。结果表明：流体黏性抑制了共振时自由面运动响应,月池台阶上自由面运动响应增大,皆使活塞共振模态曲线变陡峭及一阶晃荡共振模态曲线变平缓;带台阶月池中的非线性效应使自由面运动响应增大,共振模态曲线变陡峭,且非线性效应随着入射波波高的增大而增强,次共振频率下,高次谐波响应占总响应的比值较大,非线性效应显著。     

集装箱船靠泊状态下垂荡与横摇运动特性研究

该文使用边界元程序WAMIT计算了靠泊状态集装箱船在入射波激励下的垂荡与横摇运动响应特性.对于斜浪(45°)与横浪(90°)情况,研究了靠泊集装箱船在满载与空载条件下垂荡与横摇幅值随入射波频率的变化.对比开阔海域与靠泊状态下集装箱船的垂荡与横摇运动幅值,发现了靠泊状态下集装箱船垂荡与横摇最大幅值增加的现象,并通过比较两...     

波浪作用下浮体自由升沉运动对月池共振影响研究

当波浪激励频率与月池的固有频率耦合时,月池流体会产生大振幅共振行为,引起流体和浮体的剧烈运动,使工程作业存在一定的安全隐患。该文基于开源流体力学计算软件OpenFOAM~?软件包建立了黏性流数值波浪水槽,对波浪作用下,浮体自由升沉运动诱发的月池内流体共振水动力行为进行了研究分析。为验证该数值模型,将其结果与实验数据进行对比,以确保数值计算的准确性。结果表明：在波浪作用下,浮体自由升沉运动诱发的月池内流体共振存在双峰现象,而固定浮体仅存在单峰。自由升沉系统两共振频率对应的月池内波幅响应和浮体运动响应的峰值,均随入射波高的增加而减小,共振频率不随入射波高而变化。同时,考虑结构物吃水的影响,发现该系统共振频率随吃水增加而减小,表明吃水对月池内波响应和浮体运动响应均有显著的影响。     

不同附体布置下的三体船波浪中运动数值模拟研究

三体船船型通常由一个主船体和两个附体所组成,附体的不同布置位置对船舶整体耐波性有显著影响.该文采用三维直角网格计算流体力学程序(CNT-CGCFD),研究了不同附体布置方案下的三体船在规则波中的垂荡与纵摇运动.其中自由液面采用THINC/SW方法进行捕捉,物体表面及运动边界采用IBM方法进行模拟.该文的数值模拟结果与实...     

系泊参数对漂浮式风力机平台的影响研究

海上漂浮式风力机的研究已成为风电领域的重点与热点,而系泊对漂浮式风力机平台的安全有极其重要的影响,因此本文选取基于Barge平台的NREL 5MW漂浮式风力机作为研究对象,研究系泊参数对漂浮式风力机动态响应及系泊缆张力的影响。结果表明:系泊直径和系泊长度的变化对漂浮式风力机纵摇及系泊缆顶端张力影响较大,对垂荡和纵摇影响较小;当系泊直径为0.3m时,纵荡位移偏移量达到最大,系泊缆顶端张力达到最小;随着系泊长度的增长,纵荡位移不断增大,系泊缆顶端张力不断减小。     

基于神经网络的船体剖面水动力机器学习与验证

该文以船体剖面水动力为研究对象,梳理了二维剖面几何特征和频率等与水动力关联关系。基于FFD方法生成系列船体剖面,并通过格林函数法计算出水动力系数形成相应的数据库。建立两种不同参数描述的几何剖面和水动力学习模型,采用神经网络建模训练获得了两种剖面水动力预报模型,对船体剖面横荡、垂荡、横摇和横荡-横摇四个模态的附加质量与阻尼系数进行预报,并将模型预测值与真实值、以及通过切片理论获得的全船垂荡水动力系数进行比较验证。研究表明,该模型能高效预报船体水动力,精度较高泛化能力强,为不同参数模型预报船舶水动力,为船舶设计的不同阶段提供了手段。     

基于AQWA的漂浮式风力机驳船式平台的动态响应

为研究漂浮式风力机驳船式平台的动态响应,建立基于ITI Energy Barge平台的NREL 5MW漂浮式风力机模型。通过辐射/衍射理论并结合有限元方法,调用水动力学软件AQWA,考虑风、浪、流环境的联合作用,对平台的动态响应进行数值模拟分析,得到了各波浪力随波浪频率的变化及平台在纵荡、垂荡和纵摇方向上的动态响应。结果表明:平台在低频波浪时容易出现较大响应;随着海洋环境恶劣程度的增加,平台的动态响应增大;平台在垂荡方向RAOs要大于纵荡方向。     

双浮体自由垂向振荡响应特性

双圆柱体系统在波能装置和防波构件中得到应用，该系统是一个多自由度受迫阻尼振荡系统，阻力和激励力都来自于波浪力。本文采用线性波理论和特征函数展开皮配法，在平面入射波条件下，求解了双圆柱体垂荡运动辐射速度势和圆柱体固定不动时的绕射速度势，推导了附加质量、阻尼系数、波浪激励力表达式，列出了浮体垂荡运动微分方程。最后讨论了下浮体尺度及位置对系统响应特性的影响。数值计算表明无论下浮体尺度及位置如何变化，它只影响到浮体垂荡响应在低频端的值，下浮体的振幅值总是小于入射波的振幅值，而且它在一个较窄的频率范围内从较大的值很快变化接近于零。下浮体半径与上浮体半径之比的变化不仅影响到两个浮体的响应幅值，而且也影响到曲线的变化趋势；两浮体距离的变化对曲线的变化趋势影响不大，但对曲线的幅值有影响；下浮体厚度的变化只少许改变了响应曲线的幅值。     

二维矩形水槽晃荡过程的SPH方法模拟

新型LNG船的液仓内液体晃荡涉及非线性自由表面大变形运动.针对容器的运动所激发的内部流体的强迫晃荡问题,该文运用光滑质点水动力学(SPH)方法对二维矩形水槽的纵荡过程和纵摇过程进行了数值模拟.纵荡过程中边界处的自由液面高度的时间历程曲线与前人的结果相比符合较好,结果还显示了当激励频率接近容器一阶固有频率时出现了对容器上边界的砰击和自由水面的破碎现象,并分析了砰击作用对计算的影响;同时考虑纵荡和纵摇激励时,模拟表明当相位相同时波面的运动幅度最小,而相位差为180度时波面的运动幅度最大,并且其综合效果是非线性的.     

超大型半潜浮式风力机基础概念设计及性能研究

半潜浮式风机的基础是保证风机正常运行的关键,而基础各个构件尺寸的设计尤为重要。针对具有大型浮箱结构的半潜型浮式风机基础,拟定三种不同尺寸浮箱的平台,建立了三个有限元模型,进行稳性分析、水动力分析和强度分析,将计算的结果与规范标准进行对比分析,最终确定平台尺寸。计算结果表明：浮箱的尺寸影响平台垂荡和纵摇的固有周期,并且随着尺寸的增大初稳性高度降低,其中浮箱宽度为9 m平台的稳性和水动力性能相对较好,其整体强度分析结果也满足规范要求。     

水下桩腿长度对带支腿浮式结构水动力系数的影响分析

风电安装船是带支腿浮式结构,而水下桩腿长度对船体在波浪中的动力响应会产生较大的影响。究其原因就是水下支腿的存在导致结构所受水动力不同于普通无支腿船体。为了研究水下桩腿长度对水动力系数大小的影响,该文利用三维势流理论对桩腿收放过程中不同阶段的水动力系数进行了数值计算,给出了不同工况下带支腿浮式结构在波浪中运动的6个自由度水动力系数与波浪频率的关系。研究结果表明:桩腿水下长度对带支腿浮式结构水动力系数的影响较为明显,除垂荡运动外,附加质量随桩腿在水下的长度的增加而增大;当波浪频率处于低频或高频时,桩腿的水下长度对附加阻尼的影响较小,而当波浪频率处于中频时,附加阻尼系数随运动状态的不同表现出不同的规律。此外,还分析了桩腿对带支腿浮式结构湿固有频率的影响,结果反映出桩腿在水下的长短对结构的湿固有频率有明显的调制作用。     

基于MPS方法数值模拟三维LNG液舱的晃荡问题

该文基于自主开发的无网格粒子方法求解器MLParticle-SJTU,将MPS方法(moving particle semi-implicit)应用到三维LNG液舱的晃荡问题中,分别研究了LNG液舱在单自由度纵摇和横摇激励下,装载高度和激励频率对液舱晃荡作用的影响。首先,对装载高度为70%H的LNG液舱在单自由度纵摇和横摇激励下的晃荡问题分别进行了数值模拟,并将计算结果与实验结果进行比较,验证了MPS方法的可靠性。其次,对比不同装载高度,不同激励频率下液舱晃荡的拍击压力和流场分布情况,分析了装载高度和激励频率对晃荡作用的影响,并分析了一阶固有频率和共振频率随装载高度的变化规律。数值结果表明:激励频率对晃荡幅度影响较大;当激励频率在一阶固有频率附近时,会发生剧烈的晃荡现象;52.5%H为危险装载高度,在共振频率下,产生的拍击压力最大。     

吸力式五筒型基础水动力特性的数值模拟分析

多筒型基础具有气浮运输的特性,这一特性省去了驳船运输以及特种作业设备的费用,能够显著降低海上能源开发的成本。该文采用水动力分析软件MOSES建立了吸力式五筒型基础结构的数值分析模型,对不同吃水、不同水深以及不同间距情况下,结构的水动力系数和幅频响应特性进行了研究。研究结果表明：随着水深、吃水和筒间距的增加,结构垂荡和纵摇运动的水动力系数幅值呈下降的趋势;各个浪向角对垂荡的响应幅值算子的影响差异较小;结构间距的增大能够显著改善结构的摇摆运动,但是却增大了结构的垂荡运动。     

规则波中参数横摇直接稳性评估方法研究

国际海事组织(IMO)正在制定第二代完整稳性衡准,其中参数横摇是非常重要的稳性失效模式。为提供一种计算可靠且便于工程应用的参数横摇直接稳性评估方法,该文采用一种实用的三维时域方法进行规则波中船舶参数横摇运动研究。在该方法中,应用组合Rankine源和时域格林函数的混合源法求解辐射势和绕射势,对船体平均湿表面进行压力积分求解辐射力和绕射力,而Froud-Krylov力和静水力是通过对船体瞬时湿表面压力积分获得的,同时考虑垂荡-横摇-纵摇三自由度之间的耦合作用,以及非线性横摇阻尼的影响。以国际标模C11集装箱船为研究对象,数值分析不同航速和波陡条件下的参数横摇运动规律,将计算结果与已有的试验结果进行了对比,并依据IMO提案中关于参数横摇的定量验证标准进行准确性评估,评估结果为IMO参数横摇直接稳性评估方法的制定提供了相关技术支撑。     

浅水深对160kDWT FPSO水动力系数的影响

FPSO系泊于浅水中时,由于安全性问题,浅水深对其运动与载荷的影响正逐渐引起重视。本文利用三维线性势流理论和源汇分布法研究一艘160kDWTFPSO在浅水中的辐射问题,对不同水深下FPSO的水动力系数进行了数值计算。结果表明,浅水深时,一方面,3个垂向运动(垂荡、横摇和纵摇)附加质量有显著增加,特别是水深吃水比减小到1.3后,更是以几何倍数增长;另一方面,6自由度运动的阻尼系数均有明显增加,特别是横摇阻尼系数,随着水深吃水比的减小而成倍数增长。由于浅水中水动力系数的显著增加,FPSO垂向运动幅度也必将较大地趋于缓和,从而不易导致浅水FPSO碰底现象的发生。     

混凝土Ⅱ型断裂韧度尺寸效应的试验研究

从试件尺寸为剪切断裂韧度的主要影响因素来考虑,制作了5组40个不同长度和高度的混凝土对称加载试件,通过对试件的荷载-裂缝尖端滑移位移曲线、荷载-应变曲线以及荷载-时间曲线的分析,研究了不同长度和高度对剪切断裂韧度的影响。试验结果表明,试件的稳定度会随着试件长度的增加而提高,随着试件高度的增加而降低;断裂韧度会随着试件长度的增加而增大,随着试件高度的增大而减小;断裂韧度的尺寸效应随着试件宽度的增加而减弱,随试件高度的增大而增强。     

DTC在斜浪作用下船舶漂移力的计算

船舶在波浪中行驶时,船体会在波浪力的作用下改变原有的航向。为了估计波浪对船舶操纵性能的影响,该文对波浪作用下的DTC(Duisburg Test Case)船模进行了计算,对船舶受到的平均波浪力进行了分析并与试验进行了对比。计算基于自主开发的naoe-FOAM-SJTU求解器,利用VOF(Volume of Fluid)方法对自由液面求解,利用重叠网格技术和六自由度运动模块对船舶的波浪运动响应进行了计算,利用waves2Foam开源程序对数值波浪进行模拟。计算结果显示,波浪平均漂移力的计算结果与试验结果吻合良好,波浪频率对船体受力及运动起主导作用。同时计算也捕捉到了波浪对船体的强烈砰击作用。该文实现了对波浪漂移力的精确模拟,为进行船舶在波浪中的运动计算模拟及分析提供了支持。     

大型预制沉箱外海拖航稳性与耐波性分析

大型预制沉箱在复杂海况条件下的拖航安全是其在外海运输过程中需要关注的重点问题。该文利用AQWA构建了拖轮-缆绳-沉箱系统拖带动力学数值模型，并对风浪流作用下，大型沉箱的稳性和耐波性进行了模拟分析。结果表明：沉箱压载后可很好地满足浮游稳定性和大倾角稳性要求；沉箱运动响应受波向影响显著，顺浪与迎浪下纵摇运动剧烈，横向浪下，横摇与垂荡运动剧烈；缆力均值主要取决于流的作用，几乎与波浪无关；随着波高与波周期的增加，沉箱运动幅值和缆力最大值总体上也随之增大。综合考虑运动稳定和目前国内市场上拖轮的性能，建议大型沉箱外海拖航海况限制为四级，浪向角取135°，该值与施工单位的拖航经验值较为接近。该研究结果可为大型沉箱外海拖航方案的确定和作业窗口期的选择提供参考。     

各因素对简支Ｔ形截面钢筋混凝土 梁抗爆性能的影响

利用ＬＳ－ＤＹＮＡ软件建立了简支Ｔ形截面混凝土梁有限元模型,分别对梁整体振动频率、梁钢 筋应力、混凝土破坏程度进行了分析并研究了配筋率对爆炸荷载作用下梁抗爆性能的影响,以及截面高 度与翼缘尺寸的改变对梁抗爆性能的影响。研究发现:爆炸荷载作用下梁的振动频率均小于固有频率; 与增加纵筋配筋率相比,增加箍筋配筋率能更有效地提高梁抗爆性能,增加梁截面高度会使梁振动频率 增大,提高梁抗爆性能;增加翼缘宽度不利于提高梁抗爆性能,但是增加翼缘厚度能减小梁跨中截面挠 度、增大振动频率、增加梁整体刚度,从而有效地提高梁的抗爆性能;跨中截面梁底纵筋最大应力小于钢 筋屈服强度（ｆｙ＝400ＭＰａ）,支座处箍筋应力超过钢筋屈服强度;“提高箍筋配筋率＋增加梁截面高度＋ 增加翼缘厚度”为提高Ｔ形截面梁抗爆性能的最优组合模式。     

海上风电变径桩基础模态分析

依据江苏某海上风电项目,建立包含土体-变径桩基础-塔筒整体模型,利用附加质量法来模拟海水的影响,并在此基础上进行变径桩基础的模态敏感性分析。计算结果表明,风机基频与叶片3P频率错开度较小,会产生相应共振,且在深水区需考虑海水影响。敏感性分析方面,桩径与壁厚对结构基频为线性正影响,且前者影响更显著;埋深为非线性正影响,且存在一个临界埋深;变径段相对位置与长度对结构基频为负影响,两者影响程度类似,且变径段相对位置对基频的影响会在泥面处发生突变。