对称式布置锚链系统的线性化处理

用悬链线方程求解了不同锚链状态的锚链力 ,并用多项式回归了锚链力与锚固点位移的关系 ,由此求得锚链恢复力刚度系数。分析了对称式布置锚链系统的非线性程度 ,阐述对称式布置锚链系统所提供的恢复力作线性化处理的可行性及方法 ,并给出了对称布置锚链系统的线性刚度矩阵。为各类受对称式布置锚链系统约束的浮动结构物的动力分析提供了理论依据     

波浪作用下锚链系泊浮式防波堤动力响应的数值模型研究

浮式防波堤充分利用波能在水深方向的分布特性,在满足工程消浪要求的同时对海域水沙交换影响较小,且能够快速布置,在某些实际工程有一定应用前景。为了深入了解波浪作用下浮式防波堤的动力响应,基于OpenFOAM标准求解器olaFlow,在刚体运动求解计算中植入锚链求解模块MOODY(mooring cable dynamics),实现了基于重叠网格方法的浮体运动与锚链受力耦合求解,建立了锚链系泊浮式防波堤动力响应的二维数值模型。利用该数值模型对锚链系泊单方箱浮式防波堤在波浪作用下的透射系数、运动响应、锚链张力进行了模拟,并和相关试验结果进行了比较。结果表明,模型能够准确模拟二维波浪和浮式防波堤的相互作用,并用于三维模型的改进。     

多锚链系泊浮筒非线性漂移运动的时域模拟

本文对多锚链系泊浮筒漂移运动的非线性效应进行了讨论。在波浪力和锚链系泊力都是非线性的条件下,对浮筒的运动作时域模拟,并把计算单个系泊锚链流体动力作用的Koterayama W.方法推广到多系泊锚链的情形。计算了规则波和波群中系泊浮筒漂移运动的时间历程,讨论了其运动与波高、频差的关系。可以指出,系泊浮筒系统总漂移运动受锚链流体动力的影响很大;在波群中,其幅值主要受波高支配,与频差的关系较小。     

国产热浸锌锚链的耐蚀性研究(Ⅰ):热浸锌锚链的海港试验

本文记叙了国内外首次以大型商品化热浸锌锚链为研究对象的海港试验结果,跟踪记录了其4年的腐蚀与生物污损发展过程。分别于2013年7月、2014年7月、2015年7月和2016年7月将试验锚链提出海面,对出现在锚链上的全部附着生物进行刮取、分类、鉴定、称重,清洗锚链的表面,检查锈点,并对热浸锌锚链表面测厚,照相记录跟踪全过程。试验结果表明:裸钢腐蚀严重,锈层在2~3mm,腐蚀产物易成片脱落,形成大小不等的腐蚀坑,最大坑深3mm左右;热浸锌锚链未出现明显腐蚀点,大气区锌层腐蚀速率约10μm/a,水下区锌层腐蚀速率约20~70μm/a,但在两个链环连接处出现磨蚀锈斑;耐蚀性在不同区带中表现为水上链水下链;热浸锌锚链表面的污损生物数量少于未浸锌锚链,随着时间延长,热浸锌锚链表面污损生物逐年增多,其中优势生物为海鞘(Ascidians)、苔藓虫(Bryozoans),其次是贻贝(Mytilus sp.)、牡蛎(Ostreidae sp.)、石莼(Ulva sp.),曾出现南方污损生物种,如翡翠贻贝(Perna viridis)。2013~2014、2014~2015、2015~2016三年锚链单位面积上污损生物的重量分别为1257.6、1454.6和21304.0g/m~2。污损生物重量的增加大大增加了锚链的磨蚀程度,为锚链腐蚀失效埋下了隐患。本研究为海洋工程锚链设计或应用提供了宝贵的科学依据。     

国产热浸锌锚链的耐蚀性研究(Ⅰ):热浸锌锚链的海港试验

本文记叙了国内外首次以大型商品化热浸锌锚链为研究对象的海港试验结果,跟踪记录了其4年的腐蚀与生物污损发展过程。分别于2013年7月、2014年7月、2015年7月和2016年7月将试验锚链提出海面,对出现在锚链上的全部附着生物进行刮取、分类、鉴定、称重,清洗锚链的表面,检查锈点,并对热浸锌锚链表面测厚,照相记录跟踪全过程。试验结果表明：裸钢腐蚀严重,锈层在2~3mm,腐蚀产物易成片脱落,形成大小不等的腐蚀坑,最大坑深3mm左右;热浸锌锚链未出现明显腐蚀点,大气区锌层腐蚀速率约10μm/a,水下区锌层腐蚀速率约20~70μm/a,但在两个链环连接处出现磨蚀锈斑;耐蚀性在不同区带中表现为水上链>水下链;热浸锌锚链表面的污损生物数量少于未浸锌锚链,随着时间延长,热浸锌锚链表面污损生物逐年增多,其中优势生物为海鞘（Ascidians）、苔藓虫（Bryozoans）,其次是贻贝（Mytilus sp.）、牡蛎（Ostreidae sp.）、石莼（Ulva sp.）,曾出现南方污损生物种,如翡翠贻贝（Perna viridis）。2013~2014、2014~2015、2015~2016三年锚链单位面积上污损生物的重量分别为1257.6、1454.6和21304.0g/m²。污损生物重量的增加大大增加了锚链的磨蚀程度,为锚链腐蚀失效埋下了隐患。本研究为海洋工程锚链设计或应用提供了宝贵的科学依据。     

不同湍流模式下钱塘江涌潮水流三维模拟

钱塘江涌潮具有动力作用强和流速变化快等特点。涌潮水流紊动复杂,流速的垂向分布和紊动强度息息相关。通过涌潮水流实测资料的分析可以发现,涌潮作用下流速垂向分布在底部和上层存在差异。为研究涌潮作用下流速垂向分布的特征,应用基于非结构网格下有限体积法模型FVCOM对钱塘江涌潮河段水流运动进行三维数值模拟。考虑到涌潮紊动作用复杂且对流速的垂向分布起着重要影响,采用不同的湍流模式对涌潮传播过程中水流的运动特征开展研究。通过与涌潮河段实测资料的验证,复演涌潮到达前后水流运动特征,给出涌潮水流湍动能的变化过程。研究成果有助于深入认识涌潮水流紊动特征和流速的分布规律,为涌潮作用下物质输运的研究提供基础。     

海岸盐沼冠层水流平均流速分布的实验研究

利用室内水槽测量海岸盐沼植物冠层水流平均流速分布，对a)不同属种,b)同属种不同观测位置和流速；c)同属种不同高度;d)同属种不同密度的海岸盐沼植物冠层湍流结构作了分析，产探讨了冠层植物本身及其水流结构对粘性泥沙运动的可能影响；实验结果揭示了冠层上，下水流的复杂性；1）明显的三层结构，即冠层底部，过渡层，冠层上部水体层；2）由于植物的柔弹性，冠层顶部与上层水体相互作用可能产生界面波，导致一个次级流速最大值，在冠层内出现流速反转梯度；3）冠层顶部以上的水体水流切变流速u,（切应力τb)大于冠层内的ux(切应力τb)，冠层内（底部）水流切变流速（切应力τb)的减小有利于粘性泥沙的沉积；4）植物冠层影响湍流强度和扩散。     

基于有限元方法对鲆鲽网箱耐流特性的数值模拟

鲆鲽网箱结构在海中受到水流的冲击作用会发生运动与变形,针对鲆鲽鱼特有的栖底习性,为确保网底结构的稳定有必要对其进行动力分析。为此利用有限元方法建立了流场中网箱受力和变形的数学计算模型,运用该数学模型对底框中加有支撑管结构并装配方形网目网衣的鲆鲽网箱整体位移进行了数值模拟。数值模拟结果表明,网箱的网衣部分在水流作用下形态变化比较大,网底的水平位移与垂直位移随流速的增加而增大,而网箱的底框架在不同流速条件下均能保持在水平位置,且未发生明显的倾斜。由此可见,此类鲆鲽网箱具有较好的耐流性能。     

西洋东大港水道流速垂线分布研究

对辐射沙洲海域东大港4#站位连续2个潮周期的流速测量资料进行了分析、研究,拟合给出了流速垂线分布关系,并根据实际测量资料确定了该站位6个水层的浑水水流尾流函数项表达式。这些表达式表明浑水水流尾流函数是相对深度和摩阻速度的函数。探讨分析了尾流函数的空间分布和潮周期过程。非恒定流的水流尾流函数项的准确表达,对于揭示含沙水流流速结构及水、沙相影响作用规律将起到启发和推动作用。     

深水半潜式平台锚链倾角监测的自容式传感器的设计

深水半潜式平台系泊锚链的倾角变化是评价平台系泊状态与锚链受力的重要指标,是半潜式平台重要的监测内容。目前,深水锚链的测量主要是采用自容式的传感器,针对其水下长时间测量的应用特点,要求它的设计必须具有低功耗、高可靠性、大存储量、体积小、防水耐压等指标。根据我国南海流花平台的锚链监测需要,设计与制作了专用的水下自容式倾角传感器,并在实际应用中进行了检验。     

Quasi-static three-dimensional analysis of suction anchor mooring system

The suction anchor has been widely used in taut or semi-taut mooring systems as an effective and economical solution to anchoring problems. To ensure high reliability, the profile of the mooring cable connecting the fairlead and the pad-eye must be accurately designed. However, previous studies have rarely considered the effect of cable slippage in soil on the mooring behavior, or embedded cables have been studied with an assumed tension at the seabed. This paper, by treating the cable suspended in water and the cable embedded in soil as a single cable, presents a two-dimensional (2D) static model and a three-dimensional (3D) quasi-static model for the cable during pretensioning and in service, respectively. The two models take into account the comprehensive effects of ocean currents, soil resistance and cable elasticity, all of which are critical for the design of a mooring system. Three examples are analyzed using the models and some useful conclusions are drawn.     

深海潜标姿态的动力学仿真分析与验证及沉降原因探究

论文结合中国科学院海洋研究所2017年至2018年在西太平洋布放的一套6000m深自容式锚泊潜标系统,利用其温、深、盐及海流数据,参考卫星观测的海面资料,依据潜标结构组成,创新性地选用多体动力学软件ADAMS建立柔性缆体有限元模型,进行复原式姿态模拟,对此潜标异常沉降情况进行原因探究,提出减小因潜标大深度沉降导致影响的方法。本文所提出的柔性体模型,可依据海流参数变化改变有限元长度,自定义流阻状态,已被证明在较小海流和海流异常大两种分布模型的拟下,计算机有限元模型分析所得绝对沉降误差达缆绳总长0.18%和0.41%。通过计算机模型依据实际情况的模拟结果,最终印证异常沉降值的形成原因：（1）在系泊结构既定且安全布放的前提下,其沉降异常值的出现只能与其当日所处环境的海流分布状态相关。模型锚泊最大受力8621N,合理选择布放地点、潜标材料可降低系泊损坏风险;（2）若大洋中尺度涡形成和临近导致流速激增,其对整个系统的作用将决定锚系系统布放期间异常沉降深度,由于中尺度涡的形成与迁移具有可预报性,结合系泊深度和位置的及时调整可减小超深度沉降所导致的影响。     

某岛筏式液压波浪发电装置系留系统动力学分析

为研究某波浪发电装置系留设备的系泊性能,参考某岛筏式液压波浪发电项目规划和该系留系统的布局设计,利用OrcaFlex建立了系留系统简化模型。通过调节不同海况下的浪流参数,实现了对该系留系统的动力学分析,对比了不同工况下锚泊系统有效张力的变化,结合改变辅缆上端链与浮筏主体的连接位置,给出了该系留系统的优化设计方案。结果表明,不同系泊缆索上的系泊张力分布情况及风载荷对系留系统的影响很微弱。     

深海平台系缆形状和张力分析

考虑海底地形的变化、系缆的拉伸形变及海流力等因素,研究了深海平台系缆形状和张力分析方法采用集中质量法,得到系缆方程组,采用牛顿法求解该非线性系缆方程组,建立系缆形状和张力的计算方法。计算了平坦海底和海底地形凹凸变化时水深1 018 m情况下的系缆形状、系泊张力和浮体平衡位置。计算结果表明,海底地形对于深海系泊系统张力影响较大,而计算系缆形状和张力、系泊浮体的运动时,需要考虑海底地形的影响。     

波浪作用下刚性框架浮体及其锚绳运动数值模拟精度分析

由小尺度刚性杆件构成的复杂结构近年来多用于海洋平台建设和海洋监测浮标制作以及海洋增养殖人工浮鱼礁的设计。采用有限单元法和集中质量点法建立波浪作用下刚性框架浮体及其锚绳运动数值模型,探讨空间单元划分、时间离散步长、数据保存格式对刚性框架浮体和柔性锚绳运动模拟精度的影响,分别给出此三者之间的匹配关系。研究结果表明:框架浮体的单元划分可依据是否出水给定,单元的划分比建议取0.05;锚绳的单元划分与其上端连接的浮体浮力有关,当锚绳的拉力主要由上端浮体浮力产生时锚绳单元的划分影响较小,当锚绳的拉力主要由波浪力产生时锚绳单元的划分比建议取0.02;空间单元划分与时间离散步长存在匹配关系,通过减小时间步长来追求数值模拟精度时必须同时考虑保存运动物理量截断误差的影响。     

Prediction and measurement of the stability of a deep-sea trimooring

The three-dimensional array of current velocity and temperature sensors for the Internal Wave Experiment (IWEX) was supported on a tripod mooring rising from the sea floor to a height of 5 km in water km deep. The mooring was so designed that its current-induced motions would be small, as required by the experiment. Sensitivity of the mooring excursions to cable buoyancy, leg inclination, apex buoyancy and cable size was examined by computer simulation to optimize the design.When deployed the mooring carried nine precision pressure recorders to monitor its configuration and stability. After removal of the tidal pressure variations, the pressure records confirmed vertical excursions small enough to contribute only insignificant noise to the velocity measurements. Comparison of the measured excursions with those predicted by computer simulation using actual current measurements showed good agreement.     

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。     

Analysis on Motion and Cable Dynamic Tension for An ALT-Tanker System

A two-degree freedom model for an ALT-tanker system is established corresponding to the pitch of the ALT and the surge of the tanker.Tension in the mooring cable between the ALT and the tanker is represented by an unsymmetrical,piecewise-nonlinear function.Wave load on the tower is evaluated by use of the Morison equation.The first order wave load acting on the tanker is calculated by the linear diffraction theory based on the 2-D Helmholtz equation,and the near field approach of Pinkster is used to evaluate the second order drift force.The dynamic equation of motion is established based on the principle of D'lembert.Dynamic response and cable tension of a mooring system composed of an 88.4 m ALT and a 100000 t grade tanker are calculated.The influence of wave frequency,wave excitation amplitude,wind and current force on ALT-tanker motion and cable tension is discussed.