水流作用下双体组合式网箱水动力特性研究

运用刚体运动学原理与集中质量方法,建立双体组合式网箱浮架、网衣、锚绳及浮子的受力运动方程数学模型,利用物理模型试验对数学模型进行了验证,结果表明,本数学模型具有较好的可靠性和准确性.运用数字模型,计算了在不同流速条件下,双体组合式网箱锚绳受力、浮架运动及网农变形.     

规则波与不规则波作用下刚架式网箱水动力性能

为深入了解海水养殖，研究网箱在不同波浪作用下的受力运动特性，基于Morison方程，采用海洋工程水动力软件OrcaFlex建立波浪作用下网箱的运动响应数学模型，对其进行水动力性能分析。针对刚架式网箱的实际尺寸参数，在波高H=1.3 m和周期(T=6、7、8 s)条件下，对浮架与网衣连接点的有效张力、网箱容积剩余率和锚绳力进行数值计算。结果表明：在规则波作用下网箱的浮架与网衣连接点受力和锚绳力相对较小；在不规则波作用下变形更严重，剩余容积率较小；在规则波和不规则波作用下，波浪周期的增加将减小浮架与网衣连接点的张力和锚绳力。     

纯流下带底圈重力式网箱的水动力特性试验研究

对带底圈重力式网箱在纯流作用下的锚绳受力、网箱运动和网衣变形进行了研究,以期为更系统地了解重力式网箱的水动力特性提供依据.     

组合式网箱锚绳受力特性研究

设计了5种组合形式的重力式网箱模型,借助物理模型试验的方法,在纯流、纯波及波流联合作用下,测试了各种模型网箱的锚绳受力,并进行正向锚绳、侧向锚绳的受力分析,总结了组合式网箱锚绳受力的特性,在此基础上对实际养殖中采用的网箱组合形式提出了一些合理化建议。     

不同配重方式和配重大小对重力式网箱受力的影响

针对目前常用的深水重力式网箱,采用1∶20的模型比尺进行模型试验,共设计了八种具有不同配重方式、配重大小的网箱模型,并分别测定了各方案在纯流、纯波和波流组合条件下锚绳的受力。试验结果表明:在大多数试验条件下,对于同一配重方式的网箱,减小配重有利于减小网箱的受力,配重大小对纯流条件下锚绳受力的影响最大,其次是波流组合,最后是纯波情况。配重形式对锚绳力的大小亦产生一定的影响。有无沉降圈不会给网箱锚绳的受力带来多大差别,但是否设置底圈的影响很大,在配重大小相同的情况下,是否设置底圈最大可导致锚绳受力约30%的差异,但随配重的增加,这一差异有减小的趋势。最后从受力的角度对网箱的配重提出了建议,可供网箱的设计和使用作参考。     

基于流固耦合的尼龙网流场特性及变形分析

考虑到柔性网衣在水流作用下易发生变形,会造成网箱有效体积减小并伴随网衣撕裂风险,因此研究网衣周围流场变化及网衣变形特性具有重要意义。基于剪应力SST k-ω湍流模型,结合ANSYS Workbench的单向流固耦合(Fluid-Solid Interaction, FSI)方法,将网衣所受压力作为输入载荷施加在平面网表面,研究在不同流速、网衣密实度和攻角情况下平面尼龙无结网衣的流场特性,对大变形非线性网衣结构的有限元模型进行分析。结果表明基于FSI的单向耦合数值模拟用于平面网衣变形及流场特性分析具有可行性,网衣造成的流速降低现象在不同攻角条件下的差异较明显。得到网衣水动力系数在不同流速、网衣密实度和攻角下的变化情况,以及平面网的等效应力分布特点和变形随攻角变化的特性,发现从网衣中心网线至边缘位置网线处的应力由大逐渐变小,最终在网线固定端附近发现应力最大位置。     

波浪条件下带底圈重力式网箱动力特性的试验研究

对带底圈重力式网箱在纯波浪作用下的锚绳受力进行了研究,获得了锚绳受力峰值及相位关系的基本规律。给出了这一形式下的锚绳受力经验公式,为网箱设计、选型提供参考。研究成果将有利于更深入地了解重力式网箱的水动力特性。     

“拖拉绳吊装受力的精确计算”一文在应用中的可观效益

发表在《石油工程建设》1987年第3期上的“拖拉绳吊装受力的精确计算”一文,提出采用扒杆吊装塔器时,计算拖拉绳受力的一种新方法。这种计算方法在常规的受力分析及一般计算方法的基础上,考虑到拖拉绳的长度、直径、各拖拉绳的水平投影与主受力线的夹角、拖拉绳的预拉力和扒杆的各项几何参数等因素,按静不定系统对拖拉绳在起重吊装中的受力状况作了精确的分析。从理论上看,该计算方法合理,对正确选片用拖拉绳及锚坑的设计有重要作用。我们在天津炼油厂常减压装置改造工程的新减压塔吊装中采用了这种计算方法。实践表明,这种计算方法符合实际情况,且安全可靠,值得在塔器吊装受力计算中推中推广应用。本人曾专程赴长岭炼油厂与该文作者陈建军同志就减压塔吊装计算中某些具体问题作了     

井架绷绳受力分析及其合理使用要求

提出井架绷绳的数学模型——悬链线,并推导出考虑弹性变形的悬链线方程、绷绳张力和垂度的计算公式。借助牛顿迭代原理提出可行的适合于电算的井架绷绳计算方法和电算程序,并对典型的三种井架绷绳进行了实算。在此基础上研究了张力和垂度的关系,分析了绷绳受力及其影响因素,提出使用绷绳的合理要求。     

组合式网箱运动特性研究

根据深海养殖工程中重力式网箱常用的布置形式,设计了三种网箱组合方式,借助物理模型试验方法对浮架在纯波及波流作用下的运动特性进行了试验研究,得出了组合式网箱浮架运动特性及网箱组合形式对浮架运动特性的影响,并与单体网箱浮架运动特性作了比较。     

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。     

基于三维势流理论的浮托驳船安装设计

在三维势流理论的基础上通过边界条件和控制方程分析流体入射势、辐射势、绕射势等3种速度势,引入悬链线法和集中质量法建立关于浮托安装进船、浮托安装退船、驳船就位停泊等3个阶段的驳船船缆耦合运动模型。当波浪方向为270°时停泊就位阶段最大系泊缆张力达176.67 t,对应的系泊缆为左舷艉部,此时安全因数最小（2.16）,系泊缆设计张力为185.20 t。在进船阶段艉部系泊缆张力在3个阶段依次减小,舯部和艏部系泊缆张力在3个阶段依次增大。集中质量法求得的和MOSES软件得到的进船和退船系泊缆张力误差分别为2.3%和5.6%。研究设计的浮托驳船安装系泊运动计算模型适用于不同工况下的系泊缆张力。     

变水深地形下半潜式生产生活平台系泊性能

综合考虑地形条件的影响,针对半潜式生产生活平台及其系泊系统开展数值计算和模型试验,对平台在不同海况下的运动响应、系泊力等结果进行对比分析,验证平台系泊系统的安全性。研究结果一方面可为系泊系统的进一步优化提供数据基础,另一方面可为平台的实际工程应用提供理论和技术支撑。     

单点系泊船形浮动采油装置在海浪中的运动响应分析

确定单点系泊船形浮动采油装置在海浪中的运动响应是确定装于其上的油气分离器分离效率的前提。本文通过简化、得到了单点系泊船形浮动采油装置的力学模型,在此基础上,导出了其运动微分方程式。根据船舶工程中常用的“切片理论”对油轮进行了受力分析,求得了它在纵荡、升沉、纵摇时所受到的相应的惯性力、阻尼力、静水压力引起的恢复力、波浪力。根据相似理论,采用模型试验的方法测得了锚链的张力-拉伸关系,及其函数关系式,从而算出了油轮所受到的锚链系泊力。最后,以一艘十一万八千吨油轮改装的船形浮动采油装置为例,对运动微分方程式进行了求解。为了检验理论分析的结果,以上述装置为原型,进行了单点系泊船形浮动采油装置的模型试验,试验结果和理论分析结果吻合较好。     

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。     

极端海况下单点锚系及柔性立管海底湿存和临时悬挂模拟分析

针对锚系更换项目中柔性立管及锚系的海底湿存及安装过程柔性立管临时悬挂工作，采用有限元软件，考虑船舶运动响应、锚系分段及柔性立管的力学特征、波浪和海流的影响，进行百年一遇台风海况条件下的数值模拟分析。模拟分析论证柔性立管在锚系中的海底湿存及临时悬挂方案的可行性，确定柔性立管临时悬挂过程中的受力问题，并确定柔性立管悬挂索具长度和强度。模拟分析方法及结果可对海上锚系更换施工提供指导，对类似工程项目具有参考意义。     

系泊系统运动响应计算研究

介绍了一种计算系泊系统在波浪上运动响应的频域方法。采用频域格林函数法与有限差分法分别计算系泊浮体与锚泊线的运动特性,通过耦合迭代,计算了系泊系统的频域运动响应特性。最后,采用本方法计算了系泊FPSO的运动响应,通过对计算结果的分析表明本方法简单、实用,可以提供具有工程精度的锚泊性能预报。     

极端载荷下半潜式平台系泊方法及性能对比

以某深水半潜式平台为研究对象,针对1 400 m 工作水深的12点系泊系统,采用时域耦合分析方法对比分析南海某设计工况下张紧式系泊与悬链线式系泊平台的运动响应和系泊缆动力特性,进而研究极端载荷作用下受力最大的系泊缆断裂时二者的变化情况。结果表明：与悬链线式系泊相比,无论是完整状态抑或是破断状态,张紧式系泊均具有更好的系泊性能,但聚酯缆材料的刚度非线性程度较大。分析结果可为系泊系统的设计与选择提供参考。     

基于NARX神经网络的系泊系统传递函数识别方法

提出一种基于NARX(Nonlinear Auto-Regressive Model with Exogenous Inputs)神经网络和谐波探测法的非线性系统传递函数识别方法。该方法可基于实测响应数据,采用NARX神经网络方法对结构响应模型进行训练。在此基础上采用谐波探测法得到系统响应传递函数。选取深海半潜浮式平台及系泊系统为研究对象,计算平台及其系泊系统在不同波浪工况作用下的时域耦合响应,以波高和系泊缆张力时程作为数据集,利用NARX神经网络结合谐波探测法辨识此系泊系统的响应传递函数。采用识别的传递函数预测系泊缆在不同海况下的张力响应,并与数值计算结果进行对比,证明NARX神经网络结合谐波探测法可较好地识别系泊浮体系统的非线性响应传递函数,并能够对系泊系统的张力响应进行准确预测。