波浪能装置弹性系泊系统抗台风的设计与研究

针对波浪能装置的抗台风系泊问题,以鹰式三号波浪能装置为对象开展波浪能装置的弹性系泊系统抗台风的研究与设计。根据势流理论计算装置的一阶波浪力和二阶波浪力,其中二阶波浪力采用一阶势的压力积分方法求得。在忽略系泊系统低频运动与波频运动的耦合作用下,采用准静态分析方法,将装置的运动分解为平均静力位移、波频振荡运动和低频振动的叠加。根据鹰式三号波浪能装置实现对应主浪向的要求采用分布式系泊方式分别设计了4种方案,并通过模拟计算,最终选择最优的可行性方案。结果表明:在系泊线中加入可蓄能的弹性索和沉块浮筒蓄能构建件,可以有效减小系泊载荷峰值和控制结构物漂移半径,减少系泊锚链的使用量。     

多色波绕射的低频作用问题研究

海洋的层化将导致流域中表面波与内波共存现象的出现,从而引起对大尺度离岸结构的多色波绕射作用,其中就包括了可能引起结构共振的二阶低频作用.基于层化海波浪理论,对二层海洋中垂直圆柱可能承受的低频力即二阶水平漂移力和二阶差频力给予了分析.给出了多色波绕射二阶低频力的一般算式,并对直柱的二阶平均漂移力和最大二阶差频力进行了实算.结果表明:海况条件以及结构参数的变化对于低频波浪力存在一定影响,而最大二阶差频力可能与二阶平均漂移力具有相同量级.     

不规则波中浮式平台波漂力及运动计算研究

为研究分析系泊浮式生产储油平台波浪漂移力计算精度和耦合运动时域模拟的方法，本文使用自主开发的一阶泰勒展开边界元方法对某浮式生产储油平台在压载工况下的频域波浪漂移力进行了计算，并与商业软件AQWA、WAMIT计算的漂移力结果作对比分析。在频域计算的基础上，使用基于异步耦合方法开发的系泊浮体耦合运动分析程序对浮式生产储油平台在多个不规则波海况下的非线性运动响应进行时域模拟，并与模型试验测试结果作对比，分析了数值模拟精度。从结果显示可知计算结果吻合较好，即使是更为复杂的海况，在海浪和海流同向的情况下，异步耦合分析程序也能获得与模型试验较为一致的结果。     

基于泰勒展开边界元法的深水浮体二阶平均漂移力计算

为了消除传统低阶面元法计算非光滑边界单元处的切向诱导速度精度低的缺点,提出了一阶泰勒展开边界元方法。对边界积分方程中偶极强度在单元内进行泰勒展开,保留一阶导数项,并对边界场点求2个正交方向的切向导数来封闭方程组,从而可同时求解单元中的速度势及其切向速度。数值计算表明,该方法可提高浮体边界拐角处切向速度和水线处波面爬高的计算精度,进而保证浮体二阶平均波浪漂移力的计算精度和收敛性。     

考虑波浪荷载浅水效应的FPSO水深吃水比临界值

浅水油田作业的软刚臂单点系泊FPSO受到浅水效应的影响,其所受二阶波浪力及单点系泊力将剧烈增加,因此需要对其进行深入研究。针对一艘30万吨级软刚臂单点系泊FPSO,基于多体动力学方法,建立FPSO-系泊腿-软刚臂的耦合模型,分别采用Newman近似法和Pinkster近似法,在时域内计算了不同水深吃水比下的单点系泊力。结果表明,水深吃水比超过一定值时,Pinkster近似法计算得到的系泊力将小于Newman近似法的系泊力;以系泊力相等时的水深吃水比作为FPSO需考虑浅水效应的临界比值,随着FPSO吃水的增加,FPSO需考虑浅水效应的临界水深吃水比呈线性减小的规律。     

用切片法计算波浪漂移力

本文提出了用基于多极展开的切片法来计算规则波中的波浪漂移力.把本文的方法和实验与其他方法相比较,结果是令人满意的,而且计算量不大因而这是一种实用的数值计算方法.     

群遮效应对海上结构物波漂移力的低减作用

针对波浪作用下海上浮式建筑物的波漂移力问题,考虑在海上建筑物周围合理地布设小型浮体群以降低海上建筑物的波漂移力。本文基于波浪交互理论和高阶边界元方法,建立了分析三维多浮体间群遮效应的数值模型。计算结果表明:通过优化外围浮体的尺寸可以降低海上建筑物的波漂移力;本数值模型计入了浮体间的波浪相互干涉作用,对群遮效应的预报更加准确和接近工程实际问题。随着入射波频率的不同,发生群遮效应所对应的外围浮体尺寸不同;群遮效应不仅可以降低所需防护海上建筑物的波漂移力,也可以降低整个浮体群的波漂移力。     

遗传算法在海上多浮体波漂移力优化中的应用

针对海上浮式结构物的防护问题,考虑利用实数编码的遗传算法对结构物的尺寸参数和迎浪角进行优化,以降低海上结构物的波漂移力。对于浮式结构物的波漂移力计算,本文基于波浪交互理论和高阶边界元方法建立了三维多浮体水动力数值分析模型。计算结果表明:利用优化的尺寸参数和迎浪角,不仅可以有效降低整个浮体群的波漂移力,也可以有效减小每个浮体的波漂移力。同时,优化后的浮体周围波面得到了明显改善,从而降低了甲板砰击和上浪发生的可能性。研究发现,浮体波漂移力的减小与其迎浪侧和背浪侧的波高分布密切相关。     

遗传算法在海上多浮体波漂移力优化中的应用

针对海上浮式结构物的防护问题,考虑利用实数编码的遗传算法对结构物的尺寸参数和迎浪角进行优化,以降低海上结构物的波漂移力。对于浮式结构物的波漂移力计算,本文基于波浪交互理论和高阶边界元方法建立了三维多浮体水动力数值分析模型。计算结果表明:利用优化的尺寸参数和迎浪角,不仅可以有效降低整个浮体群的波漂移力,也可以有效减小每个浮体的波漂移力。同时,优化后的浮体周围波面得到了明显改善,从而降低了甲板砰击和上浪发生的可能性。研究发现,浮体波漂移力的减小与其迎浪侧和背浪侧的波高分布密切相关。     

二阶波浪力下6 MW单柱浮式风力机动态响应分析

为了实现在中等深度海域浮式风力发电机的规模应用,解决能源短缺问题,针对设计出的新型6MW海上单柱浮式风力机的生存能力进行探讨,利用Sesam软件获取二阶波浪力计算时所需的wamit文件,利用气-液-固-弹性数值软件FAST对该浮式风力发电机进行时域耦合运动响应仿真模拟.分别就不同浪向下平台各自由度的运动响应、二阶平均波浪力和二阶慢漂波浪力对平台各自由度运动响应的影!响、二阶平均波浪力和二阶慢漂波浪力对锚链张力和机舱的影响进行了研究.结果表明:首摇运动随浪向角增大而增大,而波浪入射角对其他各自由度运动影响较小;二阶慢漂力对垂荡运动影响显著,且易激发较大的纵摇运动响应,并诱发较大的锚链张力;采用delta-line的系泊系统能够避免产生过大的首摇响应,且系泊系统的最大张力远在破断张力以下,整个风力机系统在恶劣海况下具有良好的生存能力.     

新型对接棱台状FPSO的浮体参数和水动力分析

为解决传统船型和棱柱筒状FPSO的性能局限,提出一种具有对接棱台状浮式主体的新概念FPSO.根据所研发的新型对接棱台状浮体模型,确定了能够反映浮体几何形状、FPSO基本功能和水动力性能的5个相互独立的外形参数.然后,采用基于频域势流理论的边界元数值模拟方法研究了新型对接棱台状浮体在波浪中的运动响应,并且定性分析了不同浮体外形参数(下倾角、水线面外接圆半径等)对浮体水动力性能的影响.最后,根据频域势流理论和工程近似方法,分析并概括出基于垂荡运动性能的新型浮体设计准则和方案.在此基础上,结合某棱柱型FPSO的基本功能(载重量、排水量、储油空间、上甲板面积的设计值),完成新型FPSO的主浮体设计.通过性能比较,证明了对接棱台状FPSO的水动力性能优势和设计方案有效合理性,以期能够为深水油气开发提供一种有效的新型工程装备和解决方案.     

Kinematic and Dynamic Characteristics Analysis of Bennett’s Linkage

Bennett’ s linkage is a spatial fourlink linkage, and has an extensive application prospect in the deployable linkages.Its kinematic and dynamic characteristics analysis has a great significance in its...     

变分法在薄壁杆件空间弹性失稳问题中新的应用

文章在薄壁杆件空间弹性失稳势能的变分方程中,应用附加弯矩与扭矩及其所对应的失稳位移的曲率与扭率的增量来表达其外力失稳势能.该微分方程通过分部积分法应用位移及应力自然边界条件,得出各阶微分方程的迦辽金法的方程组来进行计算,从而简便地解决了薄壁杆件受力及截面结构均较为复杂的空间失稳问题.     

FPSO运动与波浪载荷三维水弹性分析方法研究

为了与三维水弹性方法相匹配,将二维梁振动理论与三维刚性船体湿表面网格划分方法相结合,提出了一种适用于三维弹性浮体的湿表面网格划分方法.在此基础上利用广义流同耦合界面条件,建立分布源积分方程,获得计及船体弹性效应的三维水动力系数和绕射力.进而建立了船舶在规则波中的广义水弹性运动方程,求解出各阶振动的主坐标后,利用模态叠加法计算船体的波浪载荷.通过实船计算表明,该方法具有较好的计算精度.     

水线积分项对运动浮体波浪绕射力的影响

基于常值分布源的时域边界元方法讨论海洋浮式结构物运动时的波浪绕射问题,研究比较了３种水线数值模型对于波浪的力影响。     

冷热原油顺序输送温度场波动规律

为了更加准确地确定冷热原油顺序输送温度场波动规律,对管道周围土壤温度场绝热面漂移进行了研究。针对冷热原油顺序输送过程中埋地管道周围土壤温度场变化特征,建立了土壤温度场非稳态传热模型,利用CFD软件,对冷热原油顺序输送过程中不同循环周期不同时刻的土壤温度场进行了数值模拟及分析。结果表明,土壤温度场绝热面的漂移具有一定的规律,绝热面随冷热原油顺序输送时间呈周期性漂移,漂移周期与冷热油顺序输送的循环周期相同;土壤温度场绝热面的漂移周期及距离与冷热油顺序输送的循环周期有关。     

不同浪向下LNGC旁靠FLNG作业时水动力干扰分析

液化天然气运输船(LNGC)旁靠浮式液化天然气生产系统(FLNG)卸载作业时,两船体之间会产生明显的相互水动力干扰。由于单点系泊的风标效应,目前大多数研究针对迎浪条件下水动力分析.在实际环境中,斜浪对两船运动的影响不可忽视.为此,利用理论分析和模型试验相结合,基于三维势流理论和在两船间自由液面添加人工阻尼的方法,对迎浪和斜浪条件下间隙水体的共振现象和两船的一阶水动力性能进行研究.并采用中场法计算两船的二阶水动力参数,揭示浪向对FLNG和LNGC平均漂移力的影响.结果表明:浪向的变化在一定角度范围内不影响自由面阻尼的取值,但是对间隙水体的共振模态和幅值有影响.浪向的改变影响两船间的遮蔽效应,使得FLNG对LNGC在斜浪下的运动响应产生显著的抑制作用.同时,不同浪向下两船平均漂移力的主要成分也发生变化.     

复合材料层合圆柱壳中振动功率流特性

基于Love壳体理论,根据壳体微元应力、应变关系推得壳体中的各内力和力矩,得到了复合材料层合圆柱壳的运动微分方程.对复合材料层合圆柱壳中振动功率流特性进行了研究,在不同周向模态和频率下,对外载荷输入壳体的功率流及其沿壳体的传播情况进行了分析.分析表明,各内力功率流沿壳体传播时相互转化,最后趋于确定值.结合各内力传播的功率流,从能量角度考察了波的传播特点,通过各内力功率流的比例来定量的确定壳体中不同波传播的成份.     

Maxwell粘滞阻尼器耗能结构的随机地震响应

对Maxwell粘滞阻尼器耗能单自由度结构在Kanai-Tajimi谱地震激励下的随机响应进行了系统研究,建立了结构运动方程,将随机平均法运用于结构的微分与积分混合运动方程,结构的响应幅值近似为一维Markov扩散过程,获得了扩散过程漂移系数和扩散系数的解析表达式,利用扩散过程与FPK方程的对应关系,获得了幅值概率密度函数、幅值任意阶矩和结构响应能量任意阶矩的解析解;利用幅值和相位角与结构位移和速度的相互转化关系,获得了结构位移与速度联合概率密度函数和位移、速度方差以及位移期望穿越率的解析解。算例表明：当阻尼器的阻尼系数cb和广义支撑刚度kb增大时,结构随机响应减小,减震效果增强。     

材料力学中内力图的直接画法

介绍了一种关于材料力学中轴力、扭矩、剪力和弯矩等内力图的直接画法,建立了内力的增减与外力方向之间的关系.该方法在实际教学过程中为广大学生所接受,取得了良好的教学效果.