LNG-FSRU在软刚臂系泊下水动力特性研究

针对35万立方米超大型LNG-FSRU,采用软刚臂单点系泊系统定位方式,运用模型试验与数值计算两种技术手段开展风、浪、流联合作用下水动力研究。软刚臂系泊系统各构件间的连接方式及Yoke重量模拟是数值计算与模型试验的关键,数值计算对构件间的铰接方式与Yoke重量进行模拟,模型试验同样模拟了系泊系统的相似性,并将数值计算结果与模型试验结果进行对比分析。结果表明,软刚臂系泊系统刚度曲线呈非线性,试验结果与数值结果吻合良好,表明对于软刚臂系泊系统的两种模拟是合理的,反映了LNG-FSRU在风、浪、流联合作用下的运动特性,建立的研究方法可用于软刚臂系统的水动力研究。     

软刚臂上铰节点疲劳失效分析和现场监测方案设计

海洋环境荷载非平稳性、时变性等特点为海洋工程结构设计带来挑战。海洋工程结构设计的不准确性可导致其真实服役时间低于自身设计寿命。针对塔架软刚臂系泊系统上铰节点服役过程中出现的疲劳磨损问题,发展出一种基于原型监测技术的铰节点疲劳寿命实时预估方法。通过开展有限元模拟,建立系泊腿在指定摆动角度下摩擦系数和热点区域应力分布的对应关系,提出了软刚臂上铰节点的原型监测方案。结合不同摩擦系数对铰节点接触面损伤行为的影响,提出了软刚臂主铰结构疲劳寿命计算评估方法,能够实现铰节点疲劳的完整性分析。     

基于ABAQUS的卷管式铺管法管道变形敏感性分析

卷管式铺管法在海管铺设中的应用愈发广泛,在铺设作业中管道会发生几何非线性变形,导致出现复杂的力学性能变化。针对管道在上卷、退卷过程中的屈服变化过程,通过弹塑性理论进行分析,推导出管道退卷后残余轴向应力的解析解;随后利用有限元软件ABAQUS建立模型实例,对比解析解与有限元模型,两者的计算结果基本吻合。基于上述有限元模型,研究上卷时的张力和退卷时的后张力对椭圆度、截面轴向应力和剪切应力的影响,并进行敏感性分析。模拟结果表明张力和后张力变化会影响管道截面的变形程度,退卷后截面上残余的轴向应力远高于剪切应力,并且通过敏感性分析,得到了残余椭圆度、残余应力随张力和后张力变化的规律。研究可为卷管铺设过程中张力和后张力的选择提供参考和借鉴。     

偏态海浪过程的数值模拟

本文对Polge等人提出的“相关传递法”作了进一步数学分析,论证了其成立条件和适用范围.考虑波面偏度对谱形的影响,将模拟的靶谱加以改造,建立了“准相关传递法”.在同时考虑波剖面高度分布和谱两个条件下,对偏态海浪过程进行数值模拟.就模拟结果,分析了以Weibull分布拟合波高分布时,其波面偏度对波高分布中两参数的影响. 文中选用1980-1981年在胶州湾观测的波浪资料对“准相关传递法”加以检验和比较.结果表明:就波高分布、波面极大(小)值分布而言,准相关传递法明显优于传统的线性叠加法,比线性叠加法模拟的结果更接近于实测资料.     

对流扩散问题的准分析模型

本文采用剖开算子法将二维对流扩散方程分裂为对流过程、扩散过程以及源汇项三部分,然后用各自相应的、便利的解析方法求其解析解,从而找出问题的准解析解,并且在三角形网格上求解二维问题,得到了较为满意的结果。文中还分析了准分析解与解析解在对流扩散问题上的一致性;并将该法用于电厂周围温水排放计算,通过与其它方法计算结果比较表明,该法不仅能较好地模拟电厂周围的温度分布情况,而且具有物理概念明确、计算速度快、稳定性好以及与计算区域吻合好的优点。     

基于ABAQUS/Explicit的桩腿耦合缓冲器准静态分析

桩腿耦合缓冲器在应用中主要起减小撞击力和限制上下结构相对位移的作用.在设计时,必须考虑到橡胶材料的大变形、橡胶-钢的接触和摩擦问题,它具有几何、材料和边界的三种非线性.通过结构非线性有限元软件ABAQUS/Explicit建立了桩腿耦合缓冲器的三维体单元模型,用基于中心差分法的准静态法,对其在水平和垂直两种工况下的准静力变形过程进行了数值仿真,从能量、接触、刚度与吸能以及应力应变等各方面对计算结果及其合理性进行了分析,并针对现有结构尺寸提出了改进建议.分析表明使用准静态分析方法是可行的,对桩腿耦合缓冲器的优化设计具有一定参考价值.     

非共轴本构模型在吸力桶地基承载力

土体在剪切变形过程中产生主应力方向的旋转时,主应变率方向与主应力方向之间存在着非共轴现象,然而,传统的弹塑性本构模型并不能考虑该现象的影响。通过在传统本构模型屈服面的切线方向增加一项非共轴塑性应变率,即可实现对非共轴现象的反映。利用有限元软件ABAQUS的材料子程序接口UMAT,通过显式积分算法和自动分步方法实现了非共轴模型在有限元分析中的应用。首先,对砂土的单剪试验进行数值模拟,预测了主应力方向和主应变率方向之间的关系,所得结论与试验结果较为吻合。然后,针对吸力桶与砂质地基间的相互作用问题进行弹塑性有限元计算,分析了土体主应力方向在剪切变形过程中的旋转规律,以及桶体的端部阻力、侧壁摩擦阻力和顶部阻力在变形过程中的变化规律。最后,检验了非共轴现象对地基承载力计算结果的影响。研究结果表明,所开发的非共轴模型对非共轴现象具有良好的预测能力。     

中尺度地形扰动的非线性问题半解析解

将大气和海洋中f-平面上中尺度地形的扰动问题统一起来作为一个地球物理流体力学问题，应用涡度、能量和经圈动量守恒条件，将原来高度非线性方程变成一个二阶椭园型非线性方程，用数值模拟方法分析了大气中的过山运动和海洋中的沿岸上升流，给出了与观测接近的模拟结果以及运动过程对内部物理参数和外界条件的敏感性分析。所提方法可供进一步的动力学分析和数值研究参考。     

考虑边界波浪方向的缓坡方程自适应求解模型

缓坡方程是描述近岸波浪运动较好的数学模型之一。在发展的自适应有限元求解缓坡方程的基础上,采用迭代求解的方法,确定波浪相对于边界的入射方向,从而对边界条件进行改进,建立了求解缓坡方程的数值计算模型。典型算例表明,考虑波浪相对于边界的入射角度后,模型可以更好地模拟吸收波浪边界,同时对多向波对双突堤的绕射进行了模拟研究,与试验结果比较表明,所建立的数值计算模型能够适用于多向不规则波传播过程的模拟研究。     

软刚臂单点系泊系统静力特性分析

软刚臂系泊系统是一种利用压载质量为浮式生产储油装置(FPSO)提供回复力的单点系泊方式。为快速准确地评估多铰接组成的软刚臂系统的受力状态,避免应用高复杂度的有限元软件,进而快速完成优化设计等任务,建立一种静力计算方法十分有必要。因此,针对由刚臂(YOKE)、柔性系泊腿和压载舱组成的刚柔多体系统,以分解组合的方式,提出一种二维静力计算方法,用以研究FPSO软刚臂系泊系统的静力特性。该方法主要依靠软刚臂的几何构型,在有限铰接约束下,形成非线性静力平衡方程,建立了压载舱式水上软刚臂单点系泊系统二维静力平衡计算算法。采用OrcaFlex、SESAM等软件开展了理论和数值对比分析,同时与系泊试验结果开展验证分析。对比结果表明,文中所提方法计算精度较高,可为软刚臂单点系泊系统的研究提供可靠支持。     

知识不确定条件下的海外保障基地自然风险情景模拟评估

针对海外保障基地面临的自然风险,在风险辨识基础上,构建了风险评价指标体系和海外保障基地自然风险的贝叶斯网络评估模型,并进行了情景模拟下的量化实验评估。针对目前贝叶斯网络评估过程中的群决策和决策偏好问题,引入了犹豫层次分析思想来优化计算指标风险隶属度,改进了评估过程中的客观性和适用性。     

热带西太平洋潜流模拟:(Ⅰ)模式配置与模拟结果验证

利用高分辨率准全球海洋模式HYCOM(HYbrid Coordinate Ocean Model),采用局部加密网格的方法,模式积分30年,模拟了热带西太平洋环流的年平均状态和季节变化.通过与实测的海表面高度、测流资料、温盐资料等对比分析,验证了模拟结果的有效性,认为模式结果可以用于研究热带西太平洋潜流及其季节变化.     

南海中央海盆岩石圈纵向演化模拟

基于南海海盆的地质构造历史、地球物理和构造应力场资料建立准三维有限元模型,对南海中央海盆进行岩石圈纵向演化动力学模拟.本文采用弹塑性各向同性连续岩石介质模型,充分考虑拉伸速率、拉伸位移以及模型参数对模拟结果的影响,共建立了3个模型进行比较.从数值模拟结果可以看出中央海盆在被动拉张的地质构造背景下是单向生长的,动态模拟出南海中央海盆在形成过程中的陆缘裂离、海底扩张两个阶段的岩石圈纵向演化过程,并且分析了两个阶段岩石圈的动力学性质.提出水平的被动拉张力是南海岩石圈纵向演化前两个阶段形成的主要因素,并且在这两个阶段中,岩石圈的纵向演化时间主要集中在海底扩张阶段.     

双浮子点吸收式波能转换装置参数研究

点吸收式波能转换装置是具有较好应用前景的一种波浪能开发利用装置,其参数设计直接影响到波浪能开发利用的可行性与有效性.作者针对青岛斋堂岛目标海域海况,通过数值模拟首先应用单因素敏感性分析法分析了双浮子点吸收式波能转换装置的结构尺寸、锚固形式、波流夹角、PTO阻尼、PTO刚度等参数对装置俘能功率的独立影响规律.之后考虑多参...     

导管架平台非线性随机响应分析

本文分析研究了导管架平台结构在随机波浪作用下的动力响应问题。采用空间刚架单元建立有限元方程。认为海浪是零均值、平稳、各态历经的高斯过程,波高谱服从P-M分布.利用线性波理论及广义Morison公式计算波浪载荷。计及流体与结构运动之间的耦合,用统计线性化方法处理非线性水动阻尼力。结构的均方响应通过迭代求得。计算了一个总高65m、工作水深55m的平台结构在多种工况下的均方响应,并分析比较了几种不同简化模型所得结果之间的差异。     

深水钢管脐带缆安装下放过程研究

钢管脐带缆是深水海洋石油开发中的重要结构,在深水中的安装面临着巨大的挑战。数值模拟可为钢管脐带缆在深水中安装提供理论基础。针对某钢管脐带缆在1 500 m水深的安装下放过程进行了有限元分析。充分考虑了钢管脐带缆螺旋构件在安装下放过程中的接触、挤压、摩擦和滑移等复杂的非线性问题,并校核内部主要构件的强度。提出可以通过优化钢管脐带缆的横截面及改善内部构件材料的方法来克服钢管脐带缆在深水中安装存在的问题。     

大型海洋资料浮标的运动性能研究

运动性能是浮标设计中的关键问题之一。文中对直径10 m的圆盘型海洋资料浮标的运动性能进行了数值模拟和试验研究。建立了浮标的有限元模型,采用势流理论进行计算分析,获得了浮标运动响应的传递函数。通过对数值计算结果与模型试验结果进行比较,验证了数值计算方法的有效性。在此基础上,结合我国南海海区海况资料,应用谱分析法对其在极限海况下的运动响应进行了短期预报。该研究结果对浮标前期设计具有参考意义。     

海上平台桶基沉贯渗流场的有限元法数值模拟

桶形基础平台是一种新型的海洋平台,这种型式的平台与传统的导管架式平台的主要区别在于采用桶形基础代替打下桩基础,桶形基础的负压沉贯过程是一个复杂的水动力过程,其关键在于主动脉施加的桶内外压力差产生渗流场,渗流场的形成与发展对于负压沉贯有决定性的影响。本文用有限元分析方法对桶形基础负压沉贯流流场进行动态模拟,建立了桶形基础负压沉贯过程中渗流场的有限元分析模型,模型试验的结果与按有限元分析计算模型得一的     

基于大涡模拟和局部滤波同化方法的海洋环流模式

结合最小二乘法极值原理,提出了一种基于局部谱展开的滤波同化方法,把测量数据和数值计算过程中出现的高频短波滤掉,并将高度计数据同化到了求解过程中.结果既增加了数值稳定性,又提高了数值模拟的准确性.针对在海洋环流问题中水平的流动性质和垂直的不同的特点,我们还将大涡模拟的思想和直接涡黏的思想分别应用于水平方向和垂直方向,给出的方法是一种适用于海洋环流和浅水环流问题的大涡模拟湍流模式.对热带和北太平洋一年四季非定常季风作用下环流的数值模拟表明,提出的方法非常有效,数值结果与实际相当吻合.     

大型油罐软土地基现场试验与数值分析

以阿尔及利亚储罐软基处理工程为背景,介绍了振冲碎石桩与充水预压加固软土地基的现场试验,通过对储罐地基充水预压期间所作的实测资料进行分析,论述了该项技术加固油罐地基的效果,探讨了地基沉降、环墙内侧土压力、孔隙水压力等的变化发展规律;针对油罐外深层的增量位移,利用轴对称有限元方法进行数值模拟和分析,辅助分析了地基变形。分析结果表明:振冲碎石桩与充水预压联合加固处理软弱地基是合理可行的,该油罐平面倾斜、非平面倾斜满足规范的地基变形允许值,有限元数值模拟可以应用于辅助分析地基变形。