海底管线附近抛锚时锚链的设计

当船只抛锚点附近有海底管线时,为了防止置于海底的锚链对管线可能造成的危害.需要采取一定的措施将位于海底管线上方的锚链提起.结合实际工程设计采用浮筒提供足够的举升力提起锚链,并以悬链线方程为依据,推导浮筒位置和高度对锚链形状和被举升段长度的关系,从而确定出合理的浮筒举升力大小和浮筒安装位置.     

三锚系大型浮标运动响应特性数值研究

以三锚系浮标系统为研究对象,基于AQWA与OrcaFlex软件开展了三锚系大型浮标系统运动响应特性数值模拟研究。对直径10 m的浮标结构在波浪荷载下的水动力特性进行研究,校核了浮标的初稳性和大倾角稳性特征,计算分析了浮标的附加质量、辐射阻尼、运动响应幅值算子RAO等水动力参数,阐明了不同风、浪、流工况下三锚系浮标与辅助浮筒的运动响应特性,揭示了浮标三锚链导缆孔处锚泊张力随入射角度、波高和周期等的变化规律。研究结果表明：该浮标稳性和随波性能较好。与无浮筒三锚系浮标相比,带辅助浮筒的三锚系浮标系统的运动响应和锚泊张力减小,随着波高和周期增大,三锚系浮标系泊锚链的极端张力值逐渐增大,尤其是在极端海况下,迎浪向锚链极端张力急剧增大。     

新型激光雷达浮标运动响应特性数值研究

以新型激光雷达浮标系统为研究对象,基于ANSYS/AQWA开展了激光雷达浮标系统运动响应特性数值研究,研究了浮标吃水深度、形状参数对于激光雷达浮标运动响应的影响规律,分析了附加质量、辐射阻尼、运动响应RAO及一阶、二阶波浪力等水动力参数。采用时域分析方法对不同风浪流荷载入射角度下的激光雷达浮标锚泊系统张力特性进行了计算分析。研究结果表明:随着浮标吃水深度的增加,浮标纵荡方向响应无明显变化,垂荡响应显著增大;随着浮标底部圆台直径的增大,浮标纵荡方向响应变化较小,而圆柱形浮标垂荡运动响应显著大于圆台形浮标;当浮标系泊锚链发生松弛—张紧状态变化时易出现极端张力,且极端张力出现的幅值和频率随有效波高的增大和谱峰周期的减小而增大。     

吸力锚基础锚泊线准静力分析模型

随着海洋工程中吸力锚基础尺寸的增大,在系泊系统设计时必须考虑锚泊线切入土体段对整体设计的影响.建立了一种新的基于坐标轴划分微段的准静力分析模型,该模型包括锚泊线切入土体段与水中悬浮段两部分,无需给定锚泊线的初始长度.计算预张状态和工作条件下的锚泊线构形与张力分布,得到锚泊线顶端张力与浮体水平偏移特性曲线,分别对不同预张力和布置沉子对锚泊线状态的影响进行研究,并分析考虑锚泊线切入土体段的必要性.     

深海浮式结构物锚泊阻尼参数研究

阐述了锚泊阻尼定义以及当前各种研究方法,选取一组用于实际工程中的锚泊线参数.通过改变预张力、振幅、振荡频率、轴向刚度、法向拖曳力系数和表面流速等参数,研究各参数对锚泊水平阻尼及垂向阻尼的影响.为使研究一般化,文中锚泊阻尼以及预张力等参数采取无量纲形式.     

Study of natural vibration characteristics of deep-water riser considering heave motion of platform and tension-ring's motion

研究深海顶张力立管(TTR)的固有振动特性.通过考虑两种不同的分析模型,研究沿水深变化的轴力以及张紧环运动对于立管固有振动频率和振型的影响.考虑立管顶端动边界条件及立管轴力随水深变化,提出了计算深水顶张力立管固有振动频率的方法,给出考虑浮体升沉及张紧环运动时顶张力立管的固有振动特性.结果表明,考虑变轴力和张紧环的影响是计算立管固有频率需要考虑的;立管浮体的运动,导致立管频率显著变化,从而改变立管的共振特性.     

考虑浮体升沉及张紧环运动深海立管固有振动特性研究

研究深海顶张力立管(TTR)的固有振动特性。通过考虑两种不同的分析模型,研究沿水深变化的轴力以及张紧环运动对于立管固有振动频率和振型的影响。考虑立管顶端动边界条件及立管轴力随水深变化,提出了计算深水顶张力立管固有振动频率的方法,给出考虑浮体升沉及张紧环运动时顶张力立管的固有振动特性。结果表明,考虑变轴力和张紧环的影响是计算立管固有频率需要考虑的;立管浮体的运动,导致立管频率显著变化,从而改变立管的共振特性。     

箱型浮式消浪设施水动力特性研究

为研究敷设消浪材料不同构造浮箱的消浪性能,通过物模试验得到规则波作用下不同周期、不同波高、不同锚泊方式及不同结构形式下浮箱的透射系数(C_t)、反射系数(C_r)及波能衰减系数(C_s)。研究结果表明:随着相对堤宽(B/L)的增大,不同构造浮箱的透射系数均逐渐减小,反射系数逐渐增大,波能衰减系数逐渐增大;敷设消浪材料的浮堤相比于单浮箱透射系数减小了0.10左右,而采用方箱-垂直板式构造的浮堤消浪性能相对于单浮箱透射系数减小了0.10～0.15,且敷设消浪材料的浮堤结构在研究的2种波高下,相对堤宽达到0.30时,透射系数可减小到0.25;当浮堤采用张紧式锚泊时,其消浪性能相对于悬链式锚泊浮堤减小了0.10左右,通过对比不同构造浮箱的消浪性能,可为实际工程设计提供参考。     

深水半潜式平台系泊系统动力特性研究

探讨张紧式系泊系统的基本特征,比较张紧式和悬链线式系泊半潜平台运动和动力响应特性,分析拖曳力系数变化对张紧式和悬链线式系泊动力效应的影响,以及张紧式和悬链线式系泊缆节点运动特点,从而为改善半潜平台系泊系统动力效应提供参考.     

法向承力锚拖曳安装过程的整体模拟

法向承力锚(Vertically Loaded Plate Anchor,VLA)是一种适用于深水的新型系泊基础,它的拖曳安装过程直接决定了其系泊定位的精度和锚体的最终承载能力。综合考虑VLA锚体、锚泊线和上部船体的运动,建立了一种新的准静力整体分析模型。模型包括不断贯入海床的锚体、锚泊线(土中反悬链段和水中悬链段)和安装船体三部分,针对确定的锚泊线长度,安装船运动张紧锚泊线进行安装的过程,计算了此过程中锚体的运动轨迹、锚泊线形态和作用在船体上的锚泊线张力矢量的变化,重点分析了不同抛链长度和海床土体的参数对安装过程控制的影响,发现链长与水深之比达到5时,接近极限贯入深度。     

绷紧式系泊缆冲击张力特性研究

采用集中质量法研究了绷紧式系泊系统中系缆由于松弛-张紧过程产生的冲击张力。建立系泊缆绳离散的集中质量模型,对其独立单元进行受力分析并建立了单元的运动方程。给定缆绳上端点简谐激励,通过Ansys中的Aqwa模块,分析了缆绳的运动响应;针对缆绳运动响应过程中的三种状态进行了模拟计算,探讨了冲击张力产生的条件;研究了缆绳初始预张力、上端点激励幅值和频率、拖曳力系数、弹性模量以及单位长度质量对动态张力的影响。研究结果表明:这些影响因素不仅会影响缆绳动态张力的大小,也会对缆绳中的冲击张力产生一定的影响。     

液压式张紧器对顶张力立管静动力响应的影响

为准确了解张紧器对立管静动力响应的影响以及处理传统分析时立管顶部简化处理的问题,本文充分考虑张紧器的作用,基于向量式有限元(VFIFE)法建立立管动力学模型,研究张紧器对立管静动力响应的影响以及对平台运动传递的规律。研究结果表明：本文建立的立管动力学分析模型能够有效考虑张紧器的影响;海流作用下立管的静力分析中,张紧器能提供更大的顶张力,从而减小立管的横向位移以及最大弯矩;波浪以及平台作用下的动态分析中,张紧器对平台纵荡的传递影响较小,对垂荡的补偿效应明显,补偿后的立管顶端位移远远小于平台运动幅值,并且在张紧器对顶部平台运动的缓冲作用下立管的位移和弯矩受平台运动影响不大。因此在分析中考虑张紧器对平台运动的传递补偿作用能更准确合理地施加顶张力以及平台运动,从而能更加有效的预测立管的响应。     

有效吸收和传递波浪能的锚泊系统的设计制作

将传统定位浮标加以改进,可以形成一种能有效吸收和传递波浪能的锚泊系统。此系统的最上端是漂浮着的海面浮标,海面浮标下端连着锚泊钢缆,锚泊钢缆下端到海底之间又依次连有张紧锤、储链和重物锚块。锚泊系统中的海面浮标随波浪同步上下起伏,从而带动与其连在一起的由张紧锤绷直的锚泊钢缆上下振动,于是海面浮标吸收波浪能并由引导缆向下传递。20 m长的储链可以保证整个装置在涨潮、退潮的极限水深情况下,仍旧可以有效地传递海表面波浪能;合适的重物锚块可以起到为整个系统定位的功能。最后给出了一个实际应用波浪能的例子。设计制作的锚泊系统可以有效吸收和传递波浪能,为波浪能的利用提供了一种行之有效的方法。     

海洋大型导航浮标研究

本文根据海洋大型导航浮标的基本特点和我国第一座海洋大型导航浮标研制和运用情况,首先分析了大型导航浮标的运动特性和运动方程,提出摇摆惯性力和升沉惯性力计算分析方法。用全链悬链线方程分析浮标的锚泊系统和单点系泊浮标系统锚链计算方法。其次分析了全天候抗冰浮标的结构型式以及海冰对浮标的作用力,重点分析大面积冰排和漂流冰对浮标的作用力。最后给出TJ-1号海洋大型导航浮标的主尺度、性能参数、导航设备和使用情况。     

基于粒子群算法的浮筒配置优化问题的研究

针对传统的验证法在解决浮筒配置问题中存在的计算量大、计算时间长、工作重复性强等缺点,提出了一种将浮筒纵向位置配置和浮筒充气量综合考虑、一体优化的方法。文章将各种合理性校验准则作为约束条件,通过逼近沉艇起浮瞬间和浮起后的平衡状态,来求取各对浮筒的纵向位置和充气量,将浮筒配置问题转换为一个多目标、多约束的最优化问题。在此基础上,根据粒子群优化算法的特点,提出了一种双向搜索策略,来求解浮筒配置优化问题。这种方法简单实用,计算时间短,无需人工干预,算法运行一次可获得多组配置方案供决策人员选择。算例表明用这种方法来解决浮筒配置问题是可行的、有效的。     

弹性液舱内液体晃荡实验研究

通过物理模型实验,对水平简谐激励下弹性矩形液舱内液体晃荡问题进行了研究。实验中给出了不同液深和不同激励振幅下弹性液舱内液体最低阶固有频率。采用影像采集与分析系统获得液舱内自由液面的形状和高度,通过压力采集系统得到舱壁上的压力分布。实验中分析了不同液深、不同激励频率下弹性和刚性液舱内自由液面高度和晃荡压力的变化特性。比较了弹性和刚性液舱内不同位置处自由液面高度随外界激励频率的变化规律,以及舱壁上不同位置处的压力峰值随外界激励频率的变化规律。结果表明:非共振情况下,弹性和刚性实验结果及理论值三者的波高和压力较为接近。共振情况下,弹性和刚性波高基本相等,在近舱壁处二者明显大于理论值,而在远离舱壁处二者与理论值存在一定差别;弹性压力较刚性压力略小,但二者与理论值差别较大。     

深水半潜式平台张拉锚泊系统失效分析

针对深水半潜式平台在极端工况下张拉锚泊系统失效情况,基于板锚失效上拔过程中位移与承载力的关系曲线,提出在AQWA软件中用非线性锚缆模拟板锚走锚过程的方法,对深水半潜式平台张拉锚泊系统在百年一遇工况下断锚、走锚情况的平台响应、锚缆拉锚力及最大缆张力进行分析。研究表明:断锚时各锚链拉力瞬变,平台迅速发生大距离偏移;走锚时随着板锚的拔出各锚链上的拉力逐渐增大,平台位置逐渐偏移,最后达到平衡状态。单缆断锚时,迎浪向5号锚缆拉力最大;单缆断锚且单锚走锚时,3、6号锚缆拉锚力最大。失效缆超过一根时,平台偏移和单缆最大缆张力均超出规范要求,同时其它锚缆最大拉锚力极有可能出现超过板锚极限承载力的情况,最终造成整个锚泊系统破坏。     

波浪作用下中上层浮鱼礁动力响应数值模型建立方法

人工浮鱼礁型式多样，适应水深范围广，优化锚泊方式可规模化建设浮鱼礁群，是海洋中上层生境构建的重要手段。中上层浮鱼礁投放于近海，属于海岸工程范畴，抗浪性能是其结构设计的关键。根据有限单元法和集中质量点法，详细阐述和推导了中上层浮鱼礁各构成组件连接位置处点或单元的相互耦合受力和运动处理方法，以及浮鱼礁出水条件的判别方法和水质点速度、加速度的修正方法。建立的波浪作用下三维浮鱼礁动力响应数值模型与其在波浪水槽中的物理模型试验对比，验证了数值模型的正确性。最后建立了一种新型锚泊方式的浮鱼礁动力响应数值模型，分析了浮鱼礁摆动角度、锚绳拉力、网衣系缚点总拉力的历时变化。研究结果可为中上层浮鱼礁优化结构形状和搭配浮体、配重提供判断依据。     

深水悬链锚泊线粘性阻尼计算

深水悬链锚泊线既为上部浮体运动提供恢复力,同时也提供阻尼力,其中阻尼力主要是由于上部浮体运动牵动悬链锚泊线局部振动和整体运动耗散能量而形成的拖曳粘性阻尼力.利用单根锚泊线由于上部浮体运动而吸收的能量来计算锚泊线的拖曳粘性阻尼.锚泊线和海床之间的接触作用基于刚性海床假定,利用Morrison公式计算锚泊线的惯性力和拖曳力荷载.用有限元方法进行非线性时域动力分析,分别计算静水条件和考虑流速分布两种工况下,上部浮体发生慢漂运动、波频运动以及两者组合运动时的锚泊线动力响应,比较不同工况下锚泊线的最大张力和粘性阻尼.     

数值波浪水槽中完全非线性浅水波仿真特性研究

应用基于势流理论的时域高阶边界元方法,建立一个完全非线性的三维数值波浪水槽,通过实时模拟推板造波运动的方式产生波浪。通过混合欧拉-拉格朗日方法和四阶Runge-Kutta方法更新自由水面和造波板的瞬时位置。利用所建模型分别模拟了有限水深波和浅水波,与试验结果、相关文献结果和浅水理论结果吻合较好,且波浪能够稳定传播。系统地讨论造波板的运动圆频率、振幅和水深等对波浪传播和波浪特性的影响,并对波浪的非线性特性进行分析,研究发现造波板运动频率、运动振幅以及水深均将对波浪形态和波浪非线性产生显著影响。结果为真实水槽造波机的运动控制以及波浪生成试验提供了依据,便于实验室设置更合理的参数来准确模拟不同条件下的波浪。