水下监测平台系泊缆冲击张力的数值模拟

针对水下监测平台系统在水流作用下的动力响应及系泊缆的冲击张力问题,基于Hopkinson冲击载荷理论,考虑系泊缆的垂度效应,采用等效弹性模量法修正了系泊缆拉力和弦向作用力之间的差异,建立了水下监测平台浮体和系泊缆在碰撞及稳定运行过程中的系统动力学模型.利用水力学理论和海洋工程结构力学理论对其进行求解,研究了在受到冲击及冲击结束后系泊缆的受力特性和平台的运动特性.针对具体算例和水文环境进行计算.计算结果表明,在水流的作用下,浮体会产生较大的垂荡和横荡位移,横荡位移很快趋于稳定,垂荡位移由于水流涡激升力的影响会产生振动.由于浮体和系泊缆间冲击的存在,以及水流涡激升力的影响,系泊缆在松弛-张紧转变过程中,其张力产生较大的变化.     

系泊失效后漂浮式风力机平台动态响应研究

深海漂浮式风力机平台稳定性是保证系统安全运行的基础，其系泊在风、浪及海流等动态载荷周期性作用下引发蠕变后会加速腐蚀，从而导致系泊失效。为了研究系泊失效后风力机所受载荷对平台动态响应的影响，参考Barge平台的NREL 5 MW风力机建立了漂浮式风力机整机模型，通过对AQWA的二次开发实现了与FAST间的实时数据交换，开展了漂浮式风力机的风波耦合数值仿真。结论表明：系泊失效后漂浮式风力机平台响应增大、风力机的结构安全性降低。其中，迎风侧系泊失效对平台影响最为明显，尤其是横荡和艏摇方向受到的影响更大，失效后的最大响应幅值分别为失效前的6.3倍和9.7倍。     

新型垂荡结构对钻井平台的性能优化研究

设计、研究一种新型结构的双浮体四立柱半潜式钻井平台,论证新型垂荡结构是否能够有效减小平台的垂荡响应。通过workbench建立双浮体四立柱原平台三维湿表面模型和新型结构的平台模型,通过数值模拟仿真分析,得到需要的数据进行综合评价。分析数据得出,增加新型垂荡结构的平台垂荡附加质量约增加一倍,平台在浪向角为0、45°、90°时垂荡响应的最小值、最大值、均值都有所减小,且垂荡响应最大值减小的较为明显。所设计的新型结构半潜式钻井平台能有效的降低平台的垂荡运动。     

Sevan钻井储油平台双层底结构的运动响应数值计算分析

为研究双层底结构Sevan钻井储油平台在南海海况下的运动响应特性,建立SEVAN650平台的ANSYS有限元模型,将模型导入水动力分析软件AQWA进行数值计算,得出双层底结构SEVAN650钻井储油平台的垂荡、横摇、纵摇运动响应幅值算子曲线,进而分析SEVAN650平台在南海海况风暴自存状态下的运动特性。研究表明,在风暴自存状态下,双层底平台的垂荡、横摇、纵摇的固有周期大于单层底平台。随着双层底平台直径的增加,平台的固有周期和垂荡最大响应幅值逐渐增加,平台横摇和纵摇最大响应幅值先增加后减小,在直径87.5 m时达到峰值,双层底结构的使用效率逐渐降低。由于双层底直径85 m平台的固有周期已在风暴情况波浪周期外,在风暴作用下平台不会发生共振,因此SEVAN650双层底直径85 m平台能够满足在我国南海生产作业。     

浮动监控平台水动力学分析

浮动式监控装置是将主要设备放置于水上浮体之上,将监控设备通过绳索放入到水下实现水下监控,其具有成本低、使用范围广等优点。浮动式监控装置因在工作时要受到风、浪、流等自然载荷的作用,且具有横荡、纵荡、垂荡和横摇、纵摇以及艏摇6个自由度的运动形式,故平台的工作平稳性对于浮动监控平台的正常工作至关重要。通过浮动监控平台在波浪中运动的数学模型,近似计算出了浮动监控平台的横摇、纵摇及垂荡固有周期,并利用ANSYS中的AQWA模块对浮动监控平台进行了水动力学性能频域及时域的仿真分析。结果表明,设计的浮动监控平台在5级海况下能够抵抗各类自然载荷的干扰,并可靠平稳的实现水下监控。     

基于CFD的起重船水动力系数数值模拟

利用CFD方法计算了起重船船体垂荡、横荡和横摇运动的附加质量与附加阻尼。讨论了滑移面和流场的混合网格模型应用。进行了船模静水横摇试验,测量了起重船体横摇运动的附加质量与附加阻尼,比较了试验结果与数值计算结果,对起重船水动力系数的理论预报做了有益探讨。     

高性能张力腿平台的优化设计与性能分析

针对现有钻井张力腿平台的不足,设计了性能更优异的TLP平台,为TLP平台的设计选型提供参考。基于第六代半潜式钻井平台结构设计方法,结合垂荡板与TLP平台自身结构的优缺点进行了分析设计,并采用水动力分析软件进行综合评价。在单位波高作用下,TLP平台的垂荡响应受入射波的频率影响较大,受浪向的影响较小,新平台可有效抑制最大垂荡响应;垂荡板结构使平台的垂荡固有周期减小;新平台较原平台的垂向阻力增大约1.769倍;新平台垂荡时间历程响应降幅值为7.247m,垂荡响应缩减比例达60.74%。结果表明,TLP平台优化设计方法合理,新平台较原平台表现出了优秀的综合垂荡水动力性能,具有一定的应用前景。     

张紧式系泊半潜式风机平台水动力响应建模分析

针对某半潜式风机平台,采用锚链和聚酯纤维绳分段连接形成张紧式系泊系统,建立环境载荷数学模型及环境载荷作用下的平台及系泊系统动力学方程.通过Simulink集总参数计算与AQWA数值仿真2种方式,对比分析风载荷阶跃输入、浪载荷正弦输入作用下平台的响应特性.结果表明,Simulink集总模型计算结果与AQWA数值仿真结果较...     

近海敷设驳船体运动响应研究

本文以一艘近海敷设驳为研究对象,使用Ansys建立了数值仿真模型,并利用AQWA软件对该对象进行频域分析,并在添加系泊缆后,进行了时域分析。研究表明,由空船工况转为载重工况对于其垂荡运动自由度有抑制作用。无论空船工况还是载重工况,横摇的Motion RAO的变化都是最快的。在敷设驳进行铺设电缆作业时,其纵荡方向的运动响应会有明显增加。本文采用的系泊方式考虑了中间牵引绞车的工作方式,采用了五系泊缆的系泊,经计算可知满足系泊要求。     

基于六自由度模拟平台液压控制系统的设计

设计一套并联式电液伺服控制系统,对其工作原理进行了简明分析,并采用系统集成布置方式,实现了平台横摇、纵摇、横荡、艏摇、垂荡和纵荡6个动作独立和联合运行,使平台具有结构紧凑、承载能力大、响应快、精度高、抗干扰能力强等优点.     

Dynamic analysis of propulsion mechanism directly driven by wave energy for marine mobile buoy

Marine mobile buoy(MMB) have many potential applications in the maritime industry and ocean science. Great progress has been made, however the technology in this area is far from maturity in theory and faced with many difficulties in application. A dynamic model of the propulsion mechanism is very necessary for optimizing the parameters of the MMB, especially with consideration of hydrodynamic force. The principle of wave-driven propulsion mechanism is briefly introduced. To set a theory foundation for study on the MMB, a dynamic model of the propulsion mechanism of the MMB is obtained. The responses of the motion of the platform and the hydrofoil are obtained by using a numerical integration method to solve the ordinary differential equations. A simplified form of the motion equations is reached by omitting terms with high order small values. The relationship among the heave motion of the buoy, stiffness of the elastic components, and the forward speed can be obtained by using these simplified equations. The dynamic analysis show the following:The angle of displacement of foil is fairly small with the biggest value around 0.3 rad;The speed of mobile buoy and the angle of hydrofoil increased gradually with the increase of heave motion of buoy; The relationship among heaven motion, stiffness and attack angle is that heave motion leads to the angle change of foil whereas the item of speed or push function is determined by vertical velocity and angle, therefore, the heave motion and stiffness can affect the motion of buoy significantly if the size of hydrofoil is kept constant. The proposed model is provided to optimize the parameters of the MMB and a foundation is laid for improving the performance of the MMB.     

巡检机器人行走夹持机构夹持力计算

由于重力影响使得机器人车体水平姿态发生倾斜,通过质心调节,可以保证车体水平,但由于控制系统存在误差,使得质心不可能正好落在单轮支撑点上,导致机器人车体在单轮悬挂时出现晃动.为此,提出了一种新的机器人行走夹持机构,这种机构采用轮爪复合,便于行走和越障.在分析了机器人车体发生晃动的原因之后,给出了夹持力计算公式,并对夹持机构抑制车体晃动的夹持力进行了计算,为夹紧电机的选取提供了理论依据.     

高精度海洋观测浮标运动测量系统设计与试验

海洋浮标受海洋动力环境影响产生运动,会对平台及仪器的可靠性产生影响,甚至会导致测量误差,影响海洋观测浮标 工作安全性和数据质量,因而浮标运动姿态的精确测量研究具有重要价值和意义。 本文通过搭建微型惯性测量单元(MIMU) 与全球导航卫星系统(GNSS)结合的硬件系统,获取浮标运动姿态相关数据,并采用载波相位平滑滤波模型进行数据预处理,融 合最小二乘降相关算法(LAMBDA)解算浮标姿态数据,获取高精度动态浮标姿态。 经过摇摆台模拟比对实验,系统姿态角均方 根误差小于 0. 5°,水平速度均方根误差小于 0. 05 m/ s。 通过实际海试实验,尤其是台风过境期间系统的测试结果,证明该系统 工作稳定可靠,无数据发散现象,整体有效数据达到了 95% 以上。     

冲击载荷下加筋板的结构分析及优化选择

研究冲击载荷作用下加筋板架的动态响应对于深入理解相关摇摆台的耐撞性设计具有重要的指导意义。应用数值仿真的方法对4种典型加筋板架进行分析计算,得到不同加筋情形下板架的动态响应特征,并从变形趋势、应力、应变三个方面进行对比分析,进而选择出了较好的方案。     

On the problem of wrecking vessels with moving cargoes

The problem of transporting swaying cargoes on the vessels in the conditions of rough waters. To study the motion of the cargoes and forecast the emergency it is offered to use the vibratory displacement (transportation) theory mainly developed by the native scientists. The motion of a flat solid body along the vibrating rough surface is considered to be the model. The use of the model enables one to define the velocity of the slow motion of the body and its direction to the symmetry plane of the vessel or to its boards. The last case is related to the center-of-gravity shift of the vessel, which leads to an increased roll, or even capsizing. The critical roll angle is specified—the angle corresponding to the start and motion of the swaying cargo on board of the vessel. The possibility of using deformable or granular materials has been noted.     

梯形钢阻尼器盆式橡胶支座的吸能特性研究

针对在单向力作用下梯形钢阻尼器的变形情况,建立整体结构的水平力-位移表达公式,通过ABAQUS软件进行仿真,得到支座荷载-位移的滞回曲线,分析不同影响因素对支座滞回曲线的影响规律.通过地震荷载响应分析,得到地震荷载下的荷载-位移曲线,同时分析了单向与双向加载下的吸能特性.结果表明:新型支座具有良好耗能特性,可以有效地减...     

滑阀液动力研究及结构分析

液动力是设计、分析液压控制阀及液压系统考虑的重要因素之一。该文采用理论推导与CFD结合的方法,利用流体分析软件FLUENT进行不同开口度下的仿真实验,仿真研究了不同开口度以及不同边界条件的滑阀阀内的流场,分析了出口节流滑阀阀芯所受的最大液动力,并提出了优化方法。所进行的研究工作对于系统建模分析和滑阀液动力的补偿研究提供了依据。     

A hybrid of surrogate model and MIGA method for optimization and compensation of steady-state flow force on water hydraulic HSV

In this research, a hybrid of surrogate model and Multi-island genetic algorithm (MIGA) is proposed for optimization and compensation of steady-state flow force on water hydraulic high-speed on-off valve (HSV) driven by voice coil motor. Firstly, a dynamic model on the spool of HSV is established, and the effects of spool displacement, spool half-cone angle, valve stem diameter and inlet pressure on the steady-state flow force of HSV are analyzed through the CFD simulation. Secondly, a quadratic response surface model is set up based on design of experiment (DOE) to analyze interactions of key parameters on steady-state flow force. MIGA is proposed to optimise the structural parameters of HSV, and the optimization results are analyzed and verified by CFD simulations. Simulation results demonstrate that the steady-state flow force is reduced significantly. Finally, the steady-state flow force in the optimized structure of HSV is also verified experimentally. The experiment results exhibit that the optimized spool can compensate about 71% for the steady-state flow force, then reduce about 15% the energy consumption of HSV. This research will provide the guide for the design and engineering application of HSV.