深海大型资料浮标的设计与试验研究

本文在全面分析已有资料的基础上，提出深海大型资料浮标锚碇系统的形式选择、系统布置和各部件设计方法。考虑了锚系防鲨咬的问题；分析了系统受力情况，建立了系统受力分析的数学模型，编制系统静力计算程序。     

工程船锚泊移位系统的最优控制策略及拟静力分析

锚泊移位系统以定位准确，投资小，节省能源，操纵简便等优点在海上施工工种船中获得广泛的应用。本文分析了工程船锚泊移位系统的受力特点，提出了工程船锚泊移位系统的最优控制策略和锚泊移位系统的拟静力分析方法。并以8锚工程船锚泊移位系统的设计方案为实例进行了计算分析。     

不同布缆方式锚碇沉管管段运动的数值模拟

通过建立波浪作用下锚碇沉管管段运动的时域数值计算模型,对锚碇沉管的运动响应及锚碇缆受力特性进行了研究。应用集中质量法求解锚碇缆力,应用四阶Runge-Kutta法求解管段时域运动方程,计算了在不同沉深、不同周期、不同波高和不同波向条件下沉管管段的运动幅值和锚碇缆力。数值计算的结果表明:锚碇沉管的锚碇缆对沉管管段的运动起到一定的约束作用,在沉放深度较浅、波浪周期较大时,锚碇缆对沉管管段运动幅度的制约更为明显。通过五种布缆方式的计算与分析,探讨了布缆方式对沉管管段运动响应及锚碇缆受力的影响,并给出了较为合理的布缆方案。     

极区海洋锚碇测流系统的设计和布放

中国第二次北极科学考察期间,在白令海峡和北冰洋楚科奇海布放了一套潜标和两套明标,这是我国首次在极区布放锚碇观测系统。潜标和明标在本次考察结束前被成功回收,获得了最长为45 d的连续观测资料。文中通过介绍这次布放过程,对极区锚碇系统的相关技术问题进行了讨论,包括观测站位和层次的选择,锚碇系统的设计,布放步骤等,为在海冰存在的低温海域布放锚碇系统提供参考。     

霍尔锚抛锚深度模型试验研究

河床或海床中会布设光缆、管线、隧洞等结构物,如果该水域上有船只抛锚,就要考虑抛锚对结构物安全的影响。通过模型试验探究了霍尔锚在黏土中的抛锚深度,研究了贯入速度、锚重以及土强度对抛锚深度的影响。在模型试验中,用MEMS加速度传感器捕捉锚在土中运动时的加速度,并由加速度积分得到锚的下落速度及对应的下落位移。模型试验结果表明:当霍尔锚以极限速度贯入软黏土中时,17.8 t锚在强度为7.5 k Pa土中的贯入深度为4.0 m; 42 t锚在强度为8.3 k Pa的土中贯入深度为6.7 m。根据试验结果建立了霍尔锚在土中动力贯入时的运动微分方程,分析了作用在锚上的各项受力,并预测了抛锚深度。此外,根据模型试验结果,建立了抛锚深度和锚的总能量之间的经验公式。     

深海抗风浪网箱锚泊系统的设计

通过对网箱框架、网衣在风、浪、流作用下的受力分析 ,建立网箱锚泊系统缆绳受力计算的数学模型。以国家十五“86 3”计划课题—“深海抗风浪网箱的研制”所设计的网箱为例 ,选定山东荣成市寻山海域 1 0年一遇的灾害海况为设计计算条件 ,根据 Morison公式 ,采用 Goodman- L ance方法求得单个网箱的锚泊力为 6 5 .6 7k N。在此基础上对网箱的锚泊系统进行设计 ,确定了锚泊系统每只锚重 2 5 0 kg,锚链重为 1 5 0 kg,缆绳长度为 33m。     

锚碇测流浮标在东海黑潮调查中的使用

一、前言锚碇测流浮标系统是当前海洋调查中,大面积、同步、长期连续获取海流资料的有效方法之一,特别是在特殊天气过程中获取资料,靠单船观测是很难进行的,采用锚碇浮标就能胜任。目前,包括我国在内已有很多国家在研究和使用锚碇浮标监测海洋,日夜连续收集数据资料,均获得良好效果。     

潜标系统静态力学分析计算及其应用程序开发

通过对单点系留式的潜标系统静力学分析和姿态计算,研究开发了一个不同水深、海流等环境下的计算分析潜标系统姿态的程序,然后对潜标系统进行求解,获得更加合理的锚系结构,达到锚系在工作水深的最佳姿态,确保了潜标系统工作安全,从而获得更加准确的数据情况。     

拖曳锚在海床中运动特性的大变形有限元分析

拖曳锚由于其承载性能和深水中便于安装被广泛应用于海洋工程系泊系统中,如:适用于悬链式系泊系统的传统拖曳锚和适用于绷紧式系泊系统的法向承力锚。拖曳锚安装过程中涉及诸多运动特性:锚板运动方向、系缆点处拖曳力和拖曳角及运动轨迹。基于大变形有限元分析技术耦合的欧拉-拉格朗日法,并引入缆绳方程,建立起锚-缆绳-海床土耦合作用的有限元分析模型;模拟了拖曳锚在均质和线性强度黏土中的嵌入安装过程,研究了锚板运动方向、系缆点处拖曳力和拖曳角及运动轨迹等运动特性;通过与已有的有限元分析方法及理论方法进行对比,验证了该分析模型的有效性;与已有的有限元分析方法相比,提出的分析模型有效地提高了计算效率。     

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。     

深海吸力锚水平极限承载力研究

深海吸力锚基础的极限承载能力是海洋工程锚固系统的一个关键问题。基于Coulomb摩擦接触对原理,给出一种模拟吸力锚承载能力的有限元模型。在该数值模型基础上,利用通用有限元分析软件ABAQUS,研究系泊点位置、吸力锚长径比对极限承载力的影响,并给出深海吸力锚失稳模式。结果表明,系泊点位置极大地影响着吸力锚的极限承载力与稳定性,系泊点位置的变化会导致吸力锚出现前倾转动、平移滑动和后仰转动失稳模式,同时吸力锚失稳模式受长径比的影响。为工程实际和理论分析提供了技术支持和理论指导。     

板翼动力锚沉贯深度模型试验研究

板翼动力锚是依靠自重完成安装并靠自重和海床土的抗力来锚固的新型动力锚。板翼动力锚高速(15~25 m/s)贯入地基过程中涉及到高应变率、流固耦合、土体软化和大变形等难题,模型试验可避免上述计算困难,能直接得出不同的贯入速度所对应的沉贯深度。本文首先推导了模型相似关系,然后在常规重力条件下,进行了两组26个工况的板翼动力锚在均质黏土中动力安装过程的模型试验,根据试验结果确定了率效应参数的取值范围,并研究了每一项受力对沉贯深度的影响。最后提出了在均质黏土中预测板翼动力锚沉贯深度的经验公式。     

航道区碎石层对霍尔锚落锚条件下海底管道防护效果研究

航道中船舶抛锚作业使海底管道可能受意外撞击,造成管道局部损伤甚至失效,进而对油气生产安全和生态环境等造成重大危害。采用碎石层防护是航道区等海域海底管道最常用的防护手段。首先基于大比尺落锚模型试验,观测了霍尔锚下落贯入碎石的3个阶段及其贯入过程中管道的应力应变状态。通过建立光滑粒子流体动力学法（SPH）和有限元法（FEM）耦合的数值模型,针对实际不同吨位通航船舶常用的霍尔锚,研究了其贯入碎石层深度及埋设管道受力和凹陷变形规律。最后分析了不同锚质量、碎石层形状和厚度等因素下埋设管道的响应规律。结果表明：采用暗埋式碎石防护层有利于撞击能量吸收,能更好地防护海底管道受损;且采用3 m以上碎石防护层能有效保护海底管道抵抗各类实际常见霍尔锚的撞击损伤。     

深水浮标单点式锚系的组合系留索

在较深的海域里设置浮标,如果对它没有特殊要求,一般均可采用单点式锚系。文中介绍了“锚链—化纤绳—锚链”、“加浮球的锚链(或钢丝绳)”、“加浮球的锚链—化纤绳—锚链”等三种组合系留索,并根据海深、浮标受力情况,给出了链长、浮标浮力,浮标的偏移半径、锚的抓住力等计算方法。同时,对锚链、化纤绳、钢丝绳的要求和锚的型式的选择作了一般性的说明。     

随机波作用下伞式吸力锚基础局部冲刷演变分析

为了验证新型伞式吸力锚基础的防冲刷效果,本文利用Flow-3D软件建立三维海床-吸力锚-波浪相互作用模型,基于JONSWAP随机波浪谱,结合某海域风区资料模拟随机波,对随机波浪作用下伞式吸力锚基础(USAF)局部冲刷演变进行分析,试验土体为非黏性土.首先探讨了随机波浪作用下基础周围流场变化规律和冲刷演变模式,其次分析了...     

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。     

重力式与碟形网箱的锚绳受力特性比较

针对常见的重力式、碟形和拟碟形网箱在不同下潜深度状态下的锚绳受力特性进行了试验研究.试验共设模型4组,分别在纯流、纯波以及波流联合条件下进行.测力通过系缚于锚绳底端的4个拉力传感器获得.试验结果表明水流作用力的大小在很大程度上受网箱结构形式的影响,而在波浪条件下其影响相对较小.重力式网箱的配重形式及下潜形式对网箱的受力具有重要影响.另外,网箱在波流组合条件下的受力并不是纯流及纯波单独作用下的简单叠加.最后,在综合比较网箱价格和性能的前提下,对网箱结构形式的选择进行了一些讨论,并提出若干建议.     

网格锚定单体碟形网箱的水动力特性研究

目前碟形网箱在我国并未得到广泛的推广应用,但其良好的抗流抗变形能力和可沉降特点使其在大风大浪水流湍急的深海水域有着不可替代的作用。如能在深水碟形网箱的基础上,开发出具有自主知识产权的深水网箱,必将对我国的养殖业产生重大的影响。本文基于凝集参数法,利用Orca Flex软件建立网格锚定的深水碟形网箱模型,并进行了多海况下的数值计算。结果表明,波流联合作用下,对锚绳张力影响最大的为海流流速,其次为波高,周期对张力的影响并不明显;锚绳最大张力并非出现在入射波与流速同向的情况下,而是发生在两者存在某一夹角时;浮环最大倾角随流速和波高线性增大,随着波浪周期增大而减小;此外,下沉能明显改善网箱系统和锚绳的受力。     

深水系泊新型拖曳锚研发关键技术

作为深海工程应用中一种新型的拖曳嵌入式系泊基础,法向承力锚与目前新型的深水绷紧索系泊方式结合,在深水条件下的优势非常明显.综合比较了新型拖曳锚、吸力锚以及桩锚在施工、性能以及经济性等多方面的特点.提出了开展新型拖曳锚研发的若干关键技术.在对国外的实验研究现状进行综合评述的基础上,重点介绍了在构建新型拖曳锚模型实验平台方面取得的成果,涉及模型水槽、拖曳与回收系统、测量系统、模型锚板设计以及拖曳-系泊转换机构等关键技术.     

数据同化在浅海温度同步性调查中的应用

建立了一个功能较为完善的四维同化系统,解决了温度调查资料中存在的同步性问题。为了检验同化方法和模式程序的正确性,以及讨论同步性误差的校正效果,从同化结果与锚系调查数据、同化结果与遥感数据、比对断面均方根误差和海表平均温度4个方面进行了探讨,结果表明:1)同化结果与锚系调查数据对比显示,改进参数的NMC方法(来自美国国家气象中心)能够适用于长江口外海域中的温度四维同化,同化温度结果与锚系调查数据在变化趋势上一致,在数值上最大差异不超过0.4℃;2)同化结果与遥感数据对比显示,同化结果能够将调查资料推演到完整的时空范围,并具有较好的变化趋势和精度;3)根据比对断面均方根误差分析,调查资料中两个比对断面温度间的均方差误差为3.8℃,而同化结果与实测数据的均方根误差低于0.6℃,说明同化方法有效地降低了调查资料中的同步性误差;4)海表平均温度分析显示,同化结果能够避免调查不同步引起的各种温度斑块,并且其温度分布和锋面结构能够更如实地反映实际情况。