规则波作用下四锚浮标系统动力分析

随着水深的增加,海洋浮标系泊缆索的长度也增加,对其浮标系泊系统进行动力分析是非常重要的.基于势流理论,应用边界元方法在频域内计算浮标的附加质量和阻尼、一阶波浪力和二阶平均漂移力,通过快速傅里叶变换将计算结果转换到时域,应用莫里森公式计算浮标及其skirt的粘性阻尼力,应用非线性有限元方法计算系泊缆索张力,最后在时域内应用四阶Runge- Kutta法计算浮标的运动响应和系泊缆索张力.比较分析了两种水深条件下,不同skirt直径和缆索长度情况下浮标的水动力特性、运动响应和系泊缆索张力.计算结果表明,浮标skirt的存在对纵荡方向的附加质量和辐射阻尼基本没有影响,而垂荡方向的附加质量增加,辐射阻尼减小,且能够减小二阶平均波浪力的峰值.     

基于多体分析的浅水FPSO和水下软钢臂系泊系统运动特性研究

基于多体动力分析方法进行FPSO和水下软钢臂系泊系统的运动特性研究。相较于非线性弹簧模拟软钢臂系泊系统或者其他近似模拟方法,多体分析方法可以充分考虑系泊系统具体结构形式及其动力项对FPSO运动性能的影响,更好的预报系统运动响应和系泊力。本文将FPSO和水下钢臂结构模拟成2个具有6自由度的独立结构,两者用系泊链组进行连接。基于三维势流理论应用汇源分布法,首先在频域内进行FPSO的水动力参数分析,进而在时域内对系统进行耦合动力分析。本文重点讨论系泊系统黏性力和二阶波浪力对系统响应的影响,计算结果发现系泊系统黏性力对系泊力有一定影响,而在浅水条件下二阶波浪力的计算对准确预报系统运动及系泊力非常重要。     

畸形波作用下张力腿浮式风力机动力响应特性

针对张力腿系泊浮式风力机的基础运动,忽略柔性构件的影响,建立气动—水动—系泊非线性耦合运动方程。在运动控制方程中包含张力腿系泊系统的非线性回复刚度,桨距角控制以及浮式基础运动对空气动力载荷的影响。在波浪载荷的计算中考虑二阶波浪载荷的作用。采用随机频率相位角调制法生成畸形波波面时历,计算在畸形波作用下张力腿型浮式风力机的动力响应特性。数值模拟结果表明,在畸形波作用下,浮式基础的运动及空气动力性能均受到了显著的影响。其中浮式基础的纵荡和纵摇运动分别受二阶差频与和频波浪力的影响,而垂荡运动的增加则主要是受下沉运动的影响。在畸形波经过的时刻,风力机的功率系数迅速下降,水平方向的风载荷波动先减小,随后其数值急剧下降,而垂直方向的风载荷波动增大。     

MOSES软件在系泊浮体运动计算中的应用研究

采用MOSES软件计算某起重船迎浪下的水动力性能和运动响应,并对该船进行缩尺比为1:50的模型试验。通过软件计算结果和试验结果的对比,分析计算模型的网格划分、二阶波浪力计算方法和粘性阻尼等关键参数的选取对MOSES计算系泊浮体运动的影响,为MOSES软件在系泊下运动计算方面提出建议。     

TLP风机基础二阶动力响应研究

针对概念设计的位于南海的三腿TLP浮式风机基础,应用基于水动力与空气动力耦合的FAST程序在时域内开展了风机基础的动力响应分析。结果表明,风载荷对TLP风机基础六个自由度的动力响应,尤其是纵摇影响显著。由于耦合作用,二阶波浪力进一步增大了基础的纵荡、横摇和艏摇响应。谱密度分析表明,风载荷及二阶波浪力显著地增大了浮式基础水平面内的低频运动。此外,基于风机基础运动时程,应用ORCAFLEX软件开展了时域内筋腱的顶部张力特性分析,结果表明,风载荷和二阶波浪力增大了筋腱顶张力幅值。     

风浪流中涡激共振对Spar型浮式风机运动响应的影响

以Spar型浮式风机为研究对象,研究涡激力对于浮式风机系统运动的影响。对多体动力学软件FAST进行二次开发,加入涡激力的计算接口,实现了在平台涡激、波激、空气动力载荷及系泊联合作用下的Spar浮式风机系统的运动响应的计算。计算了在风、浪、流联合作用下,频率锁定现象发生时,Spar基础的运动响应,分析了风浪下Spar风机运动响应的涡激运动特性,并研究了不同的入流角度的影响。结果表明:考虑涡激力后,Spar基础的横荡运动明显增大;风浪流同向时,风浪的存在会抑制流载荷引起的横荡在涡泄频率的运动;在流与风浪垂直时,会激发Spar基础的更大的纵荡运动响应。     

八角形FPSO与穿梭油轮串靠外输中碰撞风险分析

针对300 m作业水深下的八角形FPSO,提出采用穿梭油轮串靠的外输作业方案,研究外输过程中穿梭油轮与FPSO之间由于过分纵荡运动而引起的碰撞风险发生概率。建立由八角形FPSO及其系泊系统、穿梭油轮、系泊大缆等组成的浮式多体系统分析模型,在外输海况条件下,得到穿梭油轮与FPSO间距的时历曲线,结合极值理论,对过分纵荡运动进行预报,进而对外输系统的碰撞风险进行分析;揭示海流的方向变化对于外输系统碰撞风险的影响规律。     

水深对软刚臂单点系泊FPSO动力响应的影响

系泊系统的定位能力是浅水油田作业的软刚臂式单点系泊FPSO安全作业的重要保障,为研究不同水深/吃水比下单点系泊系统的受力性能,针对一艘16万吨级软刚臂单点系泊FPSO,在线性三维势流理论的基础上,基于多体动力学方法,建立FPSO-系泊腿-软刚臂的耦合模型,采用Newman近似法和Pinkster近似法分析了FPSO所受二阶波浪力,在时域内计算了不同水深/吃水比对系泊系统动力响应性能的影响。结果表明,随着水深/吃水比的增加,Newman近似法计算得到二阶波浪力先增大后减小,引起单点系泊系统载荷先增大后减小;而Pinkster近似法计算得到的二阶波浪力逐渐减下,引起单点载荷逐渐减下。在浅水条件下,Pinkster近似法具有较好的适用性,Newman近似法严重低估了FPSO所受的二阶波浪力;在深水条件下,Newman近似法能满足工程计算的要求;适用两种方法的临界水深/吃水比为1.64。     

单锚腿系泊系统动力响应的时域计算方法

在时域内建立了单锚腿系泊系统在风、浪、流联合作用下动力响应的计算方法。在分析波浪荷载时，使用了设计波法和非线性Stokes五阶波，并由经验公式求出了船舶的风、流荷载作用力。系统的动力初始条件由准静态方法求得。由静态方法得到系泊力后，使用了四阶Runge-Kutta方法求解船舶的运动时历，并作为立管和浮筒动力计算的边界条件。由二维梁柱单元和集中质量法构建了立管和浮简的数学模型，立管的运动方程用Wilson-θ法求解。模拟计算结果和试验结果进行了比较，吻合得较好,表明本方法能够用于计算单锚腿系泊系统的动力响应。     

首尾两点系泊系统设计及水动力性能分析

海上油轮在服役过程中受到随机风浪荷载和随机海流的共同作用,因此其系泊系统的合理设计对于实现其正常功能有着重要作用。本文以某油田开发工程为例,采用AQWA计算软件,对一艘首尾系泊的油轮进行了水动力性能分析。考虑了系泊缆的水动力特性以及系泊系统与油轮之间的耦合影响,研究了不同方向的风、浪、流等环境荷载对两点系泊系统动力响应的影响,为首尾两点系泊系统的设计应用提供了一定的参考。     

顺应式海洋平台慢漂运动物理模型试验研究

为研究顺应式海洋平台慢漂运动的影响因素,以截断圆柱和漂浮方箱为例进行了不规则波作用下的慢漂运动模型试验。测量了不同系泊刚度条件下的漂浮方箱以及相同系泊刚度条件下的截断圆柱和漂浮方箱在静水中自由衰减运动和在不规则波中的运动响应,并将运动响应分解成一阶波频运动响应和二阶低频运动响应,分析了系泊刚度和浮体形状对浮体运动的影响。通过物理模型试验发现了系泊刚度及浮体形状对顺应式系泊浮体一阶运动标准差和二阶低频运动平均漂移值和标准差的关系。结果表明由于顺应式浮体的固有周期远离波浪谱峰周期时,系泊刚度以及浮体形状对慢漂运动的一阶运动响应影响不大;二阶低频运动相对偏离平衡位置的平均值和标准差均随系泊刚度增大而减小,浮体形状同样对慢漂运动的二阶低频纵荡运动响应影响较大。试验结果为实际海洋工程的外形选择和系泊刚度选择提供数据支持。     

浅水浮式生产储油系统(FPSO)二阶定常力数值仿真研究

应用三维线性势流理论和Ir J A Pinkster的近场分析方法,对超大型浮式生产储油系统(32万吨FPSO)的二阶波浪定常力进行了数值仿真分析,研究浅水情况下,不同水深对FPSO受到二阶波浪定常力的影响,对浅水油田中FPSO的设计应用有一定的实用意义。     

风浪流联合作用下单点系泊船的受力分析

研究了风浪流联合作用下单点系泊船的受力问题.在应用Newman公式计算波浪漂移力的基础上,结合文献《Fleet Moorings Design Manual》,提出了不同方向的风、浪、流联合作用时,单点系泊船所受到的横向力、纵向力和回转力矩的计算方法.提出了风浪同向时,不同风流夹角组合对应的船舶平衡位置的确定方法.为缆绳、锚的选择以及舵角的控制提供了依据.最后通过算例验证了本方法的适用性和实用性.     

防风单点系泊系统系泊力试验研究

通过物理模型试验,得到了3种船型在不同工况组合下的偏荡幅度、偏荡周期以及系泊力实测数据。试验得出了船舶在台风与波、浪、流共同作用下,单点系泊力的主要影响因素为风速、流速、波浪、船舶种类、水线上下侧投影面积比和系泊系统的刚性。选出了本文理论意义明确合理的适合单点系泊系统使用的防风系泊力表达形式,即奎因公式。采用系泊力试验数据在奎因公式的基础上导出的防风系泊系统系泊力计算公式,并给出了公式中的重要参数表达式。     

考虑二阶波浪荷载效应的海上TLP浮式风机分析

基于多数专业风机数值模拟软件只可进行一阶波浪荷载计算这一缺点,文中将以AQWA为基础,利用其可进行二次开发的技术优势,通过实时调用风机气动荷载,实现海上TLP浮式风机分析。分析中,浮式风机平台一阶、二阶波浪荷载由AQWA计算,实时调用的气动荷载由动态链接库提供。该动态链接库主要包含了根据叶素动量定理自行编译的气动荷载计算程序。经过与FAST比较,得知该方法能满足分析需求。垂荡、纵摇力的二阶效应尤为明显。仅计算浮式风机平台波浪荷载时,可以不考虑风荷载的影响,但必须考虑平台运动的影响,波浪荷载主要受纵荡、纵摇运动影响,几乎不受垂荡运动的影响;当研究浮式风机平台运动时,必须考虑风荷载和二阶波浪荷载的影响,二阶波浪荷载使得平台响应在整个频率范围内都明显增大。张力筋腱张力受二阶波浪荷载的作用更明显。     

偏航工况下海上浮式风力机基础运动响应及锚泊载荷影响分析

海上浮式风力机受风、浪、流等外部载荷影响,运营期间经常处于偏航工况,给风力机基础运动响应和锚泊载荷带来重要影响.基于经典叶素动量理论及势流理论,建立海上浮式风力机水—气动力耦合分析模型,对在非定常风、不规则波浪联合作用下,风力机偏航时基础运动响应及锚泊载荷等进行分析.研究发现,额定风速工况下,风力机偏航对平台纵荡和纵摇运动影响较大,偏航30°时纵荡和纵摇平均值比偏航0°时分别下降20.68％和37.36％,垂荡运动响应受风力机偏航影响较小;锚泊载荷变化趋势与平台运动及锚链布置有关,平台纵荡对锚泊载荷影响较大,偏航30°时锚链#1有效张力平均值比偏航0°时下降12.98％.     

转塔位置对FPSO水动力性能的影响

转塔位置是内转塔式FPSO设计中的重要参数,对风标效应以及运动和系泊力等有重要影响.采用时域分析方法分别计算了10万吨级FPSO在不同转塔位置时百年一遇风、浪、流海洋环境条件作用下的运动响应和系泊力,分析了不同转塔位置对FPSO水动力性能的影响.计算结果与模型实验进行了比较,结果表明,转塔位置的变化对FPSO风标效应、转塔系泊力等影响显著.分析结果对于选择理想的转塔位置具有一定的实际意义.     

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。     

规则波中铰接塔-油轮系统的动力响应分析

论文研究铰接系泊塔-油轮系统波流联合作用下的动力响应。考虑铰接塔-油轮单点系泊系统系缆刚度的非线性,将尼龙系缆处理为分段非线性刚度模型,采用M orison公式计算铰接塔的波浪载荷,采用线性波浪绕射理论计算波浪对油轮的作用,建立了两自由度耦合的分段非线性运动微分方程。计算了高177 m的铰接系泊塔和93 500 t油轮构成的FPSO系统的耦合动力响应,并讨论了系统运动对于系缆张力的影响。     

船舶在随机波浪中操纵运动预报

将船舶操纵运动模型和船舶耐波性理论结合起来,建立了适用于求解船舶在随机波浪中运动的六自由度数学模型.该模型采用水平随船坐标系,与操纵运动有关的水动力采用经验公式估算;与耐波性相关的水动力除二阶力外采用从频域到时域的方法,其中一阶波浪力通过脉冲响应函数的卷积求取,记忆效应力由时延函数的卷积表示;对于二阶波浪力则只考虑其定常部分.最后,应用该模型对一艘集装箱船在静水、规则波、随机波下的回转运动进行了预报,并就波浪对回转运动的影响做了讨论.认为一阶力对船舶操纵运动影响不明显;在考察波浪对船舶操纵运动的影响,必须考虑二阶力的作用.