气浮结构相似性分析

提出了有关气浮结构的环境压力相似判据问题,指出了在模型试验时要达到完全相似的困难。计算结果表明,对尺度比为0．1的模型,若不考虑环境压力的相似,恢复力矩的误差可接近50％。根据4筒和25筒气浮结构的计算结果,给出了将实验结果转换到原型的修正方法。     

基于拓扑优化与多目标优化的集装箱相似畸变模型设计

使用相似原理构建缩尺模型是探究大型结构性能的最基本和最优途径。基于PATRAN软件的PCL语言与ISIGHT软件,提出一种联合静动力学、拓扑优化与多目标优化的集装箱相似畸变模型构建方法。利用拓扑优化的SIMP法(Solid Isotropic Material with Penalization)得到缩尺集装箱墙壁结构的最优材料分布,既保证了结构性能又降低了缩尺模型的重量;基于全局多目标算法建立优化模型,采用有限元方法对集装箱性能进行分析,以结构刚度和一阶模态频率为目标函数进行寻优,得到相似模型的最优设计参数。最终利用有限元分析验证该模型的合理性。结果表明:该方法具有一定的通用性,能为其它类似结构的相似模型构建提供参考。     

深远海养殖工船最小推进功率研究

针对十万吨级深远海养殖工船在波浪中的阻力和运动响应开展了船模试验与模拟计算,并对其最小推进功率进行了校核。以试验流体力学（EFD）模型试验与模型尺度计算流体力学（CFD）模拟计算的结果进行对比作为方法验证,将实尺度CFD模拟计算的结果直接用于最小推进功率的校核。结果显示,EFD模型试验结果与模型尺度CFD计算结果误差在10%左右,计算精度满足工程要求。在规定的恶劣海况下该船型波浪增阻占总阻力的比例最高可达56.3%,螺旋桨转矩可达最大转矩的63.9%。等级2简化评估法得到的最小推进功率为等级1线评估法给出的最小功率线值的58.9%。研究表明实尺度CFD模拟计算可直接用于船舶最小推进功率的校核,此深远海养殖工船使用等级2简化评估方法进行校核更容易满足规范要求,其最小推进功率应不小于6 833 kW。     

波浪对透空式结构物冲击作用的光滑粒子流体动力学数值模拟

基于光滑粒子流体动力学(SPH)方法的二维数值波浪水槽模拟了规则波对透空式结构物的冲击作用。通过黎曼解和CSPM相结合的方法对连续方程和动量方程进行了修正。对造波边界采用虚粒子法模拟。提出了一种耦合计算方法来消除造波边界附近的压力波动现象,在结构物边界处设置了适合的冲击边界条件。应用修正的SPH模型模拟了规则波对浪溅区结构物的冲击作用,给出了结构物附近流场和压力场的变化特征,并应用物理模型试验结果对数值模型进行了验证。     

FPSO串靠外输时的碰撞性能分析

FPSO与穿梭油轮进行串靠外输过程中,穿梭油轮首部可能与FPSO尾部发生碰撞事故,称为"尾碰"。目前的相关研究主要集中在碰撞过程中的风险分析,缺少对FPSO"尾碰"事故碰撞性能的合理分析与评估。本文针对某15万吨级FPSO,基于动态非线性有限元分析软件ABAQUS,采用同步损伤分析技术,研究了串靠外输过程中FPSO与穿梭油轮之间由于过分纵荡运动而引起的碰撞事故。通过数值仿真计算,分析了包括"尾碰"后结构的损伤变形、应力应变关系、碰撞力和吸能情况的船舶碰撞内部动力学,进而对FPSO尾部结构的碰撞性能进行评估。结果表明,FPSO尾部结构中板材结构吸收的能量约占尾部结构总吸能的75.5%,其吸能能力显著优于T型骨材结构,研究结果对FPSO尾部结构的耐撞性设计具有一定的参考意义。     

深水半潜式生产平台耦合动力特性对比研究

应用数值模拟与模型试验相结合的方法研究半潜式生产平台系泊状态下的耦合动力特性。建立耦合分析模型,时域内计算求解平台的动力响应,选取缩尺比为1∶60,采用等效截断模型方法对数值模拟结果进行验证。通过对比模型试验与数值模拟结果发现:等效截断系泊系统可以较好地模拟平台的位移响应,但在系泊张力方面却差异较大,此外极端海况下平台的甲板上浪问题也必须得到充分重视。     

相位解析有旋数值模拟在近海近岸非静压海浪荷载计算和风险分布评估上的应用

区域尺度精细化水动力数值模拟是解决大量工程、地质、环境等问题的重要手段。水动力荷载的直接冲击是近海近岸结构物、设施破坏的主要动力因素。本文章旨在介绍Boussinesq-GreenNaghdi有旋非静压水动力模型及其在区域尺度灾害性海浪的非静压水动力荷载分析和风险分布评价上的应用。这套模型利用了Boussinesq量纲和Green-Naghdi加权积分的结构。速度和压力被用多项式假设来表达和非线性重排法的应用,有效地提高了模型性能,避免了无旋假设的使用,更好地模拟计算了右旋流速和非静态压力场等复杂水动力参数。模拟重现美国和菲律宾沿海台风浪过程,深入分析非静压海浪荷载作用机理,计算海浪荷载的时空分布,与巨石迁移和结构物损坏的调查数据进行对比验证,构建海浪荷载与区域结构物破坏程度分布的相关性,量化各项影响要素如流速、浪高、结构物特征等的风险权重,通过回归分析法推导基于多影响要素的区域海浪风险参数化定量评价方法。为非静压相位解析有旋水动力理论和海浪灾害机理的科学探索提供原创性基础。为沿海人类活动、区域规划、工程设计、防灾减灾等提供科学指导。     

碰撞条件下高弹模CFRP加固自升式平台桩腿性能分析

由于腐蚀、海生物附着等因素导致老龄化海洋平台在与船舶碰撞的事故作用下,桩腿变形加大,降低了承载性能。为减少碰撞对桩腿的损伤,提高其耐撞性能,提出了利用吸收能力较强的高弹模CFRP材料加固平台桩腿的方法。以某自升式海洋平台桩腿为例,利用有限元法建立简化的碰撞模型,通过在局部损伤部位粘贴高弹模CFRP材料来提高桩腿的耐撞性能,验证高弹模CFRP加固方法,提高其耐撞性能的有效性。研究表明,相同的碰撞条件下,加固前碰撞力使桩腿产生了接近屈服强度的应力;粘贴2层CFRP布后,桩腿吸能下降56.3%,极值应力下降了14.7%;粘贴CFRP板后,桩腿吸能下降70.68%,桩腿的极值应力下降57.36%。     

基于模型修正的海洋平台结构损伤识别试验研究

损伤识别是海洋平台结构健康监测的核心问题,对于保障结构的安全服役具有重要的意义。文中将交叉模型交叉模态(CMCM)有限元模型修正方法应用到了导管架式海洋平台结构的损伤识别中。针对实测模态含噪声条件下该方法遇到的"病态"求解难题,引入了截断奇异值分解正则化方法,提出了基于正则化模型修正的损伤识别过程。为验证该过程的有效性,制做了某导管架平台的钢质缩尺简化模型,并在两个典型构件处设置了损伤;利用冲击激励对结构进行了振动测试;根据模态识别结果,采用正则化模型修正过程对各损伤工况进行了损伤识别。结果表明,利用有限的低阶含噪声模态,借助正则化求解技术,该模型修正方法可有效地识别导管架平台结构的损伤。     

圆筒形FPSO尺度规划和运动性能研究

首先介绍全球海域圆筒形装置的工程应用案例,对比圆筒形FPSO相对常规船形的优势,然后以原油储量、工艺模块甲板面积、耐波性、稳性、系泊系统、排水量等控制参数为目标,研究圆筒形FPSO主尺度选取依据,分舱原则。重点研究圆筒形装置的阻尼板结构,此为抑制运动响应的关键结构,通过模型试验方法分析对比了水平阻尼板、不同角度锥形阻尼板的特性。最后研究圆筒形装置运动性能分析方法,介绍二阶响应数值预报方法,研究垂荡和横摇运动的耦合效应,分析波频和低频运动响应,通过模型试验进行了验证,从而指导圆筒形装置设计。     

低速运动船只撞击埋置框架结构动力分析模型

通过引入合理的撞击模型,建立了水面运动船只低速撞击埋置框架结构的传递矩阵-节点耦合矩阵动力分析模型。该模型可模拟船只与结构在撞击过程中的短暂脱离,并分析撞击力时程曲线和整个撞击系统的动力响应。与有限元方法的比较验证了结构传递矩阵-节点耦合矩阵动力分析方法的有效性。不同于规范计算方法,分析发现撞击过程中的最大撞击力不仅与船只的初始动能有关,还受船只与结构间的接触刚度及结构的自身刚度影响,这两种刚度越大,则最大撞击力也越大,撞击持续时间则越短,而撞击力时程曲线的振荡越明显,甚至在船只撞击结构后的很短时间内就可能产生较大的撞击力峰值。     

Analysis of Collision Protection for Ocean and Offshore Structures

1 .Introduction Many accidents of ocean and offshore structuresinvolve impact loadings .Some famous ship colli-sion cases arethe Tj rn Bridge (Sweden) ,the West Bridge of the Great Belt Link (Denmark) andtheMaracaibo Bridge (Venezuela) . Most studies usedthe Hertzian contact law(Zukaset al .,1982) tocalculate the impact force and analyze structures subjectedtoimpact loadings .Other alternative meth-ods such as the spring-dashpot and momentumbalance methods utilizedthe coefficient of rest…     

Hydroelastic impact of a wedge-shaped body

In this paper a hydroelastic method for the design of marine structures is used to study the impact of a wedge-shaped body onto a calm free-surface. The method combines computational fluid dynamics and dynamic finite-element techniques to predict the hydroelastic response of a structure in the time domain. The basic idea of the method is to predict the stress field on the fluid-structure interface due to rigid-body impact, and then to transfer the information to a wet modal model. The one-way transfer of information from the fluid simulation to the structure has two important advantages with respect to a fully coupled simulation: a single rigid-body motion computation can be reused for subsequent analyses after the structure has been redesigned, and cost of the fluid dynamic simulation is not increased due to iteration which is required in coupled simulations. The maximum displacement of an elastic wedge during the impact and penetration stages are compared with published results from a fully coupled theoretical model and a fully coupled numerical solver. The present method requires approximation of the flexural added mass, and the comparison with other results shows that the approximation is satisfactory for predicting maximum displacement.     

混凝土动态压缩试验及其本构模型

按照地震荷载作用的速率范围，利用最新研制和改造的大型混凝土静，动试验系统，进行了4种数量级加载速率下混凝土轴向压缩试验，测得了混凝土动态强度，弹性模量，泊松比及应力-应变关系，根据加载条件和混凝土静，动态试验结果间的关系，建立了混凝土的动态本构模型，为地震区的混凝土结构，海上混凝土采油平台和核防御壳等结构受动荷载作用的分析提供参考。     

波浪作用下铰接式层合浮体的水弹性响应研究

在工程设计中,通常采用模块化方式制造超大型浮式结构物,将巨大的单体结构分割成多个较小模块,后期通过合适的连接器拼装形成。为了明确多模块超大浮体在波浪作用下的水弹性响应,以两个相邻层合浮体（高刚度面板和低密度芯材）为研究对象,建立波浪作用下铰接层合浮体水弹性响应的高阶势流模型。采用匹配特征函数展开法求解流体运动的速度势,探讨了铰接处弹簧刚度对浮体的反射系数、透射系数、挠度、弯矩和剪力的影响规律。研究结果表明：迎浪侧浮体的存在可以有效降低背浪侧浮体的挠度、弯矩和剪力幅值;与垂直弹簧相比,扭转弹簧刚度的增加可以更加有效抑制铰接层合浮体的水弹性响应;当扭转弹簧刚度大于一定值时,继续增大弹簧刚度对浮体的动力响应不产生影响。     

高桩防撞墩动力大变形分析及防撞设计新方法

通过引入合理的船舶与防撞墩相互作用模型及桩基动力p-y曲线法,建立船舶撞击高桩防撞墩的动力学分析模型。通过分析撞击系统的动力响应及能量转移规律发现,撞击过程中水平变形性能较好的高桩通过水平大变形而吸收大部分撞击能量,此时高桩破坏以桩身最大弯矩作为控制标准;船首强度、混凝土防撞墩总质量及桩周土强度参数对撞击过程中桩身最大弯矩影响不大。传统水上结构防撞设计方法不再适于这类刚度较小结构的防撞设计,通过对比分析,提出了工程上适用的基于能量控制的防撞设计新方法。     

Scaling wave impact pressures on vertical walls

It is widely recognized that the use of Froude similarity for scaling up wave impact pressures recorded during physical model tests may lead to over-estimation of impact maxima. Based on reviewing historical work dating back to the 30s and further developments in the 60s and 80s, a general method is presented that is suitable for scaling up impact pressures and rise times measured during small scale physical model tests. The method accounts for the effect of air leakage and is applicable to most wave impact loads. The model is applied to scale wave impact pressures on vertical walls and similar structures, and consistent correction factors for the Froude scaling law are derived.     

Dynamic Response of Ocean Trestle to Horizontal Impact of Moving Mass

Based on the Winkler hypothesis, a model for analysis of the flexural response of an ocean trestle embedded in layered soil to horizontal impact of a moving mass is developed. By use of the transfer matrix in time domain, one can calculate the flexural dynamic response of a single pile. Then, by use of the boundary conditions of piles at the pile top, the dynamic response of the structure is analyzed. By use of the model proposed in this paper, the interactive force between the moving mass and the structure can be computed based on Work' s kinetic energy theorem and Newton iterative method. Thus the approach does not have to assume the interactive force, while the traditional method have to. The approach more accords with the engineering practice than the traditional method and it is convenient for engineering design.     

浮式两级缓冲防撞系统及浮体结构构型研究

以浮式两级缓冲防撞系统为研究对象,介绍其工作原理,利用动力学分析软件LS-DYNA构建了碰撞模型并进行了仿真计算,依据仿真结果完成了以阻尼索组与浮体结构构型为主要内容的防撞系统设计。研究确定了阻尼索组的布置位置、材料及数量,为浮体内部结构构型设计了7种比选方案,分别对5 000 t船舶撞击浮体前梁和侧梁的动态过程进行了仿真分析,对比了不同方案及不同板梁厚度下的接触力。研究结果表明:浮体内部构造若选用板梁厚度12 mm的方案6设计,则碰撞发生时浮体前梁和侧梁分别可以稳定地提供10.4 MN和7.9 MN的均值力,以及11.5 MN和8.9 MN的峰值力,设计浮体能够满足整体刚度要求,防撞系统符合双保护原则。防撞系统及浮体结构构型设计为下一步全面开展船舶撞击防撞系统后的动力学响应分析奠定了基础。     

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。