基于三维势流理论的耐波性数值预报

准确预报船体运动响应对于砰击等波浪载荷的计算以及合理结构设计具有重要意义。船舶在大幅波浪中的运动呈明显的非线性,而现阶段耐波性预报多采用线性切片方法。三维水动力分析软件WASIM基于时域势流理论,采用Rankine面元法预报船舶在波浪中的运动响应,并考虑了多种非线性因素。本文以标模DTMB5512为对象,采用WASIM预报其在不同航速下的耐波性,并与基于线性切片理论的计算结果和模型试验结果进行对比。结果表明:利用WASIM计算得到的船体运动响应比其他方法更接近试验值,合理体现了船舶在风浪中的实际耐波性能。因此,利用WASIM能够较好地评估船舶在波浪中的非线性耐波特性。

基于三维势流理论的深远海养殖工船耐波性能分析

深远海养殖工船是典型的具有自航能力、长期系泊在固定海域作业的工程船舶。由于作业工况的多样性,养殖工船的耐波性能分析比普通船舶更为复杂。以养殖工船实际设计项目为依托,基于三维势流理论,分别对养殖工船自航工况及系泊作业工况下的耐波性能进行研究,继而结合对频域和时域的仿真分析,以人员安全、设备安全及养殖安全为指标,对养殖工船耐波性能进行评价。结果显示:在1~5级海况下船体耐波性能表现良好,可以有效保证各项安全指标,在6级海况下,船舶的摇摆角度超出限值,此时应通过运营管理或加装减摇装置进行处理。初步构建了系统的养殖工船耐波性能分析方法及评价体系,可为其他养殖工船项目耐波性能的设计及优化提供参考。

基于三维势流理论的新型养殖半潜平台水动力特性

基于三维势流理论对我国某沿海新型养殖半潜平台的水动力性能进行计算与对比研究,通过ANSYS软件的AQWA模块计算目标平台在频域下的附加质量、势流阻尼系数以及运动响应幅值(RAO),并分析其变化特征。通过分组对比数据,总结黏性阻尼值对RAO峰值的影响规律。结果表明,黏性阻尼对新型养殖半潜平台运动响应幅值有较大影响,在分析水动力性能时不能忽略,且文中的计算方法对实际工程设计有一定指导作用。

基于三维势流理论的浮托驳船安装设计

在三维势流理论的基础上通过边界条件和控制方程分析流体入射势、辐射势、绕射势等3种速度势,引入悬链线法和集中质量法建立关于浮托安装进船、浮托安装退船、驳船就位停泊等3个阶段的驳船船缆耦合运动模型。当波浪方向为270°时停泊就位阶段最大系泊缆张力达176.67 t,对应的系泊缆为左舷艉部,此时安全因数最小(2.16),系泊缆设计张力为185.20 t。在进船阶段艉部系泊缆张力在3个阶段依次减小,舯部和艏部系泊缆张力在3个阶段依次增大。集中质量法求得的和MOSES软件得到的进船和退船系泊缆张力误差分别为2.3%和5.6%。研究设计的浮托驳船安装系泊运动计算模型适用于不同工况下的系泊缆张力。

横倾船舶三维非定常扰动势流特性

当船舶出现破损淹舱或者在波浪中做横摇运动时,船体都会出现横倾,这会使得船舶在水面下的湿表面与正浮时不再相同,船体周围的非定常流场因此会发生改变。本文基于三维线性势流理论,使用奇点分布法对具有不同横倾角的Wigley III船型的非定常扰动速度势展开计算,进而求解Wigley III船型水动力系数与波浪激励力。计算结果表明,横倾对垂荡、横摇、纵摇水动力系数的影响比较明显;在顶浪下,横倾对横向的波浪激励力影响显著。

基于势流理论的大型船舶最小装机功率波浪增阻预报

IMO组织对于船舶最小功率要求提出了严苛要求,为求得船舶最小功率要求需要计算船舶在极端海况下受到的总阻力,其中波浪增阻的计算最为困难。目前广泛采用的CFD方法在计算VLCC这类超大型船舶的波浪增阻时效率较低。为快速准确计算这类船舶的波浪增阻,本文以32万吨VLCC为例,利用水动力计算软件Aqwa分别计算出其在静水及波浪环境下受到的阻力,通过两者相减得到波浪增阻。与模型试验结果相比较发现,采用三维势流理论预报波浪增阻计算效率高且结果准确,可作为此类船舶开发前期的波浪增阻预报参考。但在单独计算静水及波浪中阻力时误差较大,不建议采取这一方法。本文验证了这一方法在低Frude数时的准确性,高Frude数时这一方法是否有效还需进一步验证。

船舶在波浪中靠帮运动理论预报

运用三维势流理论给出了两船在波浪中运动的数学模型，并对两船在不同横向间隙以及纵向相对位置时小船的运动响应进行了数值预报，结果表明，相对较小船在不同位置处以及不同浪向下运动响应差异较大，因而可对今后实船作业如何选取合适的相对位置和浪向提供指导，并为以后开展此类研究工作奠定了基础。

RMFC模型在新型拼接式海上栈桥码头三维运动响应计算中的应用

将刚性模块柔性连接器模型(RMFC)应用于拼接式海上栈桥码头的三维运动响应计算,柔性连接器被假定为线性弹簧,采用有限水深三维势流理论计算水动力,重点分析了6种浪向的改变对栈桥码头三维运动响应的影响,并将谱分析结果与实验结果进行了比较。结果表明本文提出的计算模型能够很好地反映拼接式海上栈桥码头的三维运动响应情况,其结果可以作为设计连接器及锚链的依据。

船体湿表面脉动压力预报的三维非线性方法

本文给出了一种预报船体湿表面脉动压力响应的三维非线性时历模拟方法。计及瞬时物面变化引起的各种非线性因素,在时域内建立船体非线性运动方程。在每一时刻,认为船体以其瞬时平均湿表面为平衡位置做简谐振荡运动,利用三维线性频域解来简化运算。在此基础上,进一步将绕射和辐射问题在静平衡位置求解,仅考虑占主导地位的入射波和静恢复力变化的非线性,作为一种兼顾工程需要的计算精度和计算效率的简化方法。以此方法为基础编制了计算机程序,对实船进行了计算,并与模型试验进行了对比。分析比较表明,该方法能够给出令人满意的船体湿表面脉动压力响应预报结果。

风浪流环境要素对半潜式平台气隙响应特性的影响研究

以三维势流理论为基础,针对风/浪/流联合作用下系泊半潜式平台的气隙响应特性开展研究,比较分析了波浪单独作用和风/浪/流联合作用对半潜式平台气隙响应特征的影响规律,探讨了风、浪、流等环境要素对半潜式平台气隙响应的贡献,同时开展了半潜式平台气隙响应对环境荷载方向的敏感性分析。结果表明:浪/风、浪/流作用下平台气隙值较波浪单独作用时有所减小,且海流的影响较风的影响更为显著;风/浪/流联合作用时,平台气隙值将进一步减小,出现负气隙的概率更大。对环境要素不同入射角度作用下的平台气隙响应进行对比,发现当荷载45度作用时平台气隙最小,情况最危险。

矩形钢围堰波流荷载数值模拟研究

本文依托某跨海大桥钢围堰,采用CFD方法,通过有限元软件FLUENT计算了不同工况下的钢围堰水流荷载。基于三维势流理论,运用流体动力软件SESAM对钢围堰在不同频率波浪作用下的运动响应进行了计算和分析,并计算得出了设计波浪作用下钢围堰波浪荷载。波流荷载计算结果为钢围堰的设计提供了依据。

桥梁防船撞拦截系统水动力特性研究

以某跨海大桥的非通航孔桥梁防船撞工程为背景,提出一种船舶拦截系统。用频域法计算系泊浮筒的运动响应幅值算子,用时域法分析在风、浪、流联合作用下船舶拦截系统的动力响应特性,并探讨不同有效波高对其动力响应特性的影响规律。研究结果表明:1)系泊浮筒结构设计合理,其固有频率能较好地避开常遇波浪频率范围,可避免发生共振;2)在极端海况下,系泊浮筒的各运动响应极值不会引起翻转现象,且锚链的最小安全系数符合规范要求;3)在同等风、流作用情况下,随着有效波高增大,系泊浮筒的垂荡、艏摇和横摇运动响应极值以及迎浪侧锚链张力极值均呈显著的线性增加关系。

拖航船和多模块拼组箱式平台耦合模型水动力特性研究

箱式保障平台在海上物资运输方面具有重要应用前景。本文提出一种多模块拼组箱式平台设计方案,采用Ansys软件中的AQWA水动力模块,基于三维势流理论与时域分析方法,对拖航船拖曳下的箱式平台的水动力性能进行数值模拟。研究结果表明:1)箱式平台左右两模块运动协调,基本保持一致;2)在规则波工况中,平台垂荡运动最大值随波浪周期递增表现往复振荡的特点,纵摇运动最大值随波浪周期递增整体呈递减趋势;3)在规则波工况中,随着周期的增大,拖曳缆绳张力整体呈现增大趋势;不规则波工况中,拖曳缆绳张力随着海况等级的增加整体呈现增大的趋势;4)在规则波工况中,单位波幅下,随着周期的增大,中剖面剪力和弯矩整体呈现下降的趋势;不规则波工况中,中剖面剪力和弯矩随着海况等级的增加呈现递增的趋势。通过数值研究,可为实际作业中拖航作用下箱式平台的水动力特性计算提供基准数据,推动箱式平台设计理论的发展。

极限海况下浮标运动及锚链受力估算

本文首先利用三维势流理论计算了自由浮标体的附加质量、阻尼系数以及运动响应,然后通过卡明斯六自由度运动方程,对极限海况下两个水深的三锚系统的浮标运动及锚链受力进行了数值模拟估算,可以为浮标及锚链设计提供参考。

舰船在波浪中补给的运动性能研究

本文介绍舰船在波浪中补给时的运动响应理论计算方法,运用三维势流理论计算两船的水动力相互作用和波浪扰动力。根据两船的相对运动进行两船补给时的相碰概率预报。预报结果与水池船模试验进行了初步验证,吻合较好。

铰接板的水动力计算与运动响应

用三维势流理论分析了两个铰接的单体在波浪的作用下所受的水动力和各自的运动响应 .所用的格林函数自动满足自由面条件和底部边界条件 ,因此只需在物体平衡位置的湿表面布置源汇 .给出了在横浪作用下两个单体的横摇和垂荡的响应曲线 .计算与试验结果的比较表明 ,所采用的计算方法是合理的 ,可以为研究波浪中两物体的相互作用作参考 .

新型移动式栈桥码头浮箱拼接方法

采用三维势流理论计算不规则波中移动式栈桥码头拼接时两浮箱的运动响应,其中考虑了多浮体之间相互作用的影响.而后计算出两模块上连接器之间的相对运动,最终找到浮箱拼装的最佳状态,为浮箱的拼装作业提供了准确的依据.在理论计算两浮体不规则波浪中相对运动的基础上,使用Visual Fortran编程语言结合OpenGL(open graphics library)图形接口技术,开发了一套两浮体相对运动仿真的软件系统,具有良好的交互性和效果的逼真性.其中,静水波面的绘制采用无限插值理论,并且利用三维势流理论求解波面升高模拟波浪运动.

锚泊多浮体系统动态响应

为保证锚泊多浮体系统能够在波浪中正常作业和生存,基于三维频域G reen函数法就一定水深不同浪向下锚泊多浮体系统的运动响应、锚缆拉力和连接器载荷进行了数值预报。分析中考虑到了浮体辐射势之间的相互影响以及连接器和锚系对于浮体运动响应的影响。分析表明,浮体的运动响应、连接器载荷以及锚缆张力受波频和浪向的影响很大,各项的极值出现在低频范围,浪向在30°和45°之间,连接器载荷出现最大值,而锚缆张力则在浪向90°时张力最大,处于迎浪面的锚缆张力较大于处于背浪面的锚缆张力。

强涌潮条件下嘉绍大桥钢套箱围堰运动荷载响应分析及短期预报

依托嘉绍大桥工程,基于三维势流理论,运用流体动力软件SESAM对钢套箱围堰在强涌潮条件下的垂荡及荷载Fz响应进行了计算和分析。在5年一遇涌潮下,对钢套箱下沉过程中的垂荡及荷载Fz进行短期预报,得出在下沉过程中的最大垂荡振幅和荷载Fz值,从而确定嘉绍大桥主墩围堰下沉限位装置安全。

多体浮动平台浮式单元配置方式

为了研究位置分布复杂的多体浮动平台的水动力相互作用规律,利用三维势流理论和Green函数法,提出了同时考虑浮式单元(浮体)相对方位与浮体间距影响的计算模型。通过建立流场势流问题的定解条件,求解流场总速度势。使用面元法离散网格,通过数值计算得到了任意浮体所受流场的总作用力。提出了一种简化模型,分析得到了水动力系数受夹角与间距共同作用影响的规律。当浮体间距较小时,夹角对水动力系数影响较大,且存在一个最佳角度;当间距较大时,夹角对水动力系数影响不显著,而间距受波浪的相位关系影响较大。