大倾角煤层伪俯斜工作面平行四边形液压支架结构设计与运动响应

液压支架是大倾角煤层伪俯斜工作面“围岩-装备”系统稳定性的核心,现有液压支架结构无法适应伪俯斜开采空间稳定性要求,严重影响了该类条件下工作面安全高效开采。以大倾角煤层伪俯斜开采工作面为研究背景,采用工程类比、结构运动学分析、数值仿真的综合研究方法,分析了大倾角伪俯斜工作面“支架-围岩”稳定性特征,并以ZY7000/22/45型液压支架为基础,发明一种新型平行四边形液压支架,进行了结构合理性设计,分析了关键构件运动学响应特征。研究表明:大倾角伪俯斜综采工作面垮落矸石非均匀填充以及矸石对支架的砸、压、推作用是影响支架稳定性的关键因素,平行四边形顶梁与底座更适应伪俯斜工作面。设计的平行四边形支架顶梁、底座及立柱排布方式为平行四边形,异形掩护梁与后连杆、油缸连杆、底座构成柔性四连杆结构。平行四边形支架立柱为主要承载结构,油缸连杆为主要运动机构,其运动特征影响因素主要为上下柱窝间距和前后连杆与掩护梁铰接位置间距,其中掩护梁与后连杆是支架位姿调控的关键,且支架运动过程中无双扭线产生。研究结果为该类条件工作面支架提供了一种选型,一定程度上保障了该类煤层的安全生产。

基于计算机视觉的海上漂浮式光伏浮岛运动响应监测研究

近年来国内外建成了多个海上漂浮式光伏电站实证项目,但相关结构的破坏事故屡屡发生.动位移作为反映结构运行状态和系统性能的重要指标,对其进行有效监测具有重要意义.为了克服传统监测手段在海上环境中的局限性,提出了基于计算机视觉的浮岛运动位移监测方法.该方法采用长焦摄像设备进行视频采集,利用自然标志物进行目标追踪,运用尺度因子法进行位移计算,并根据工程特点提出了一种基于三次样条曲线插值的亚像素级位移计算方法.为了对该方法的准确性和实用性进行检验,设计实施了简单标定试验、漂浮式光伏浮岛水力学模型试验和天津某海域实际光伏浮岛原型监测试验,并进行了详细的误差分析.结果表明:基于三次样条曲线插值的亚像素级位移计算方法在精度和计算速度上都比高斯曲面拟合等方法更具优势,可以更好地缓解整像素模板匹配方法随拍摄距离增大而导致的误差显著增长问题;当拍摄距离大于等于100倍的物距变化时,可以基本消除浮岛沿光轴方向运动对成像平面内位移的影响;所提方法在试验室内20 m拍摄距离下的归一化均方根误差为1.78%,具有较好的精度;原型监测得到的竖向运动位移的双幅值与波浪高度相近,归一化相关匹配系数矩阵的峰值十分明显,亚像素计算拟合效果较好.综合分析认为,监测结果合理有效,所提方法在海上漂浮式光伏浮岛运动响应监测方面具有较好的应用价值.

基于Workbench的圆筒形FPSO运动响应分析

随着我国海上石油天然气勘探不断向深水方向发展,圆筒形FPSO逐步在深水环境中得到推广。为掌握这种新型平台的水动力特性与响应特点,以作业于英国北海的壳牌企鹅FPSO为研究对象,确定其主要结构参数,利用Ansys/Workbench有限元软件建立圆筒形FPSO的水动力模型,对其结构进行了初步水动力分析和强度校核;并在不同的环境工况下进行时域运动响应比较,分析圆筒形FPSO的水动力性能;最后,通过改变圆筒形FPSO外型尺寸,进行时域运动响应分析和参数比较,研究其外型变化对水动力性能的影响。

弧形自浮式防撞装置运动响应及受力特性分析

针对弧形自浮式防撞装置导向机构在日常运行过程中易发生塑性变形的问题,建立了基于三维势流理论的弧形自浮升降式防撞装置水动力分析模型,对不同入射角的波浪与水流共同作用条件下装置的运动响应及导向机构的受力特性进行分析,结果表明:水流的持续作用有利于减小防撞装置的运动响应;浮筒下游侧导向机构的刚度较大导致了该部分机构受力过于集中而其他导向机构未受力或者受力较小的现象;波浪入射角对导向机构的受力影响较大,当波浪入射角与水流流向的夹角较小时,波流的叠加效应会增大,造成下游侧导向机构受力陡增。

双驳载运不规则重大件货的波浪运动响应分析

以双驳装载某大型桥梁主梁段拖航运输为例,采用JONSWAP谱描述相关拖航海域海况,基于水动力频域分析和波浪谱分析方法,分析双驳载运桥梁主梁段系统在波浪中的运动响应,对首尾驳船重心在波浪中的垂向运动响应和货物重心在波浪中的运动响应加速度进行短期预报。结果显示,采用双驳装载主梁段,并依据《海上拖航指南》进行绑扎系固的设计、校核,可以确保拖航安全。

基于CFD方法的FPSO的波浪荷载和运动响应研究

针对浮式生产储油船(Floating production storage and offloading, FPSO)在深水作业时面临的恶劣海况问题,为保证其服役期间的安全性及作业效率,需要准确计算非线性波浪荷载和运动响应。本文应用基于计算流体动力学(Computational fluid dynamics, CFD)的软件STAR-CCM+建立了针对实尺度FPSO模型的数值水池,基于Richardson外推法,针对时间步长和网格尺寸,分析了二者的收敛性和数值不确定度。使用该数值水池模拟了不同波浪工况作用下FPSO的运动响应,计算其受到的二阶波浪力,并与势流结果进行对比。结果发现,随着波陡增大,平均波浪力的CFD结果逐渐大于势流结果,且呈现差异化增大。而波陡大于1/15时,纵摇的CFD结果明显大于势流结果。说明大波陡条件下,黏性效应对平均波浪力和纵摇影响明显,为恶劣海况下预报及修正FPSO的二阶波浪力和运动提供了参考。

海上风电升压站运输过程中运动响应分析

为研究升压站运输过程中恶劣海况对运输船及升压站的影响,为升压站安全运输提供数据支持,基于势流理论使用MOSES软件建立船舶及升压站模型,使用频域分析方法进行运输过程运动响应幅值算子RAO数值分析,根据分析结果优化设计运输航线,避免计算极值海况下航行,并在设计航线下进行运输过程运动监测,监测数据与计算数据比较验证后,进一步结合设计航线及气象预报海况进行数据偏离分析。结果表明,计算运输过程响应幅值算子RAO结果满足升压站运输安全要求,同等输入条件下的计算结果与监测结果相近。研究结果可为升压站安全运输提供一定参考。

基于重叠网格的刚性围油栏运动响应数值模拟

围油栏是一种常见的溢油事故应急处置设备。采用数值模拟方法对围油栏的运动响应进行模拟,研究其运动响应机理,可以提升围油栏的拦油性能。传统动网格方法通过网格变形重构实现物体运动,存在试验精度低、稳定性差的缺陷。重叠网格技术不存在网格变形重构,适合模拟较大幅度的物体运动。基于重叠网格方法模拟围油栏的运动响应,并与学者的物理模型试验结果进行比对。结果表明:当前数值模拟得到的围油栏运动响应数据与实测数据对应良好,相对误差均在5%以下。对围油栏的运动响应进行研究,表明浮重比较大的围油栏的拦油效率更差。采用重叠网格方法可准确模拟围油栏运动,为工程实践提供数据支撑。

高速滑行艇阻力和运动响应数值分析

为了研究自主设计的滑行艇在高速行驶状态下,船体航行状态以及运动响应对滑行艇的运动性、阻力性和耐波性的影响。试验运用建模软件Solidworks完成滑行艇的三维建模;基于RANS方程的粘流理论,利用CFD软件FINE/MARINE耦合求解六自由度运动方程。计算分析发现,该艇在航速24~32 kn之间阻力上升相对较缓,并且在重心位置后移0.2 m后,该艇在航速24~32 kn之间阻力上升总阻力依然趋于平缓;在航速30 kn以上时,纵摇与升沉的运动响应趋于相对较好的状态;当滑行艇在16倍船长的波长附近时,滑行艇的运动响应最为剧烈。本研究为该滑行艇的航速设计和航行安全策略提供了参考。

基于水动力运动响应分析的圆筒型FPSO优化设计

基于三维势流理论,研究圆筒型FPSO在南海百年一遇生存海况下运动响应。针对圆筒型FPSO垂荡运动性能较差的问题,提出将平台水线处筒体直径减小,采用JONSWAP谱生成随机波,对改进后的圆筒型FPSO开展时域运动响应分析。计算结果表明,改进后的圆筒型FPSO在位稳性满足要求;垂荡固有周期增大2.5 s,远离平台与南海百年一遇海况谱峰周期的共振区间;同时,生存海况下FPSO垂荡自由度最大运动幅值下降至2.6 m,可以满足干井采油作业条件。

基于AQWA的新型10 MW浮式平台运动响应分析

随着海上风机由近海进入深海,低功率的风机不再满足海上发电需求,需要设计出新的海上浮式平台来支撑更大功率的风机。基于频域与时域的分析方法,运用AQWA软件,对一种新型10 MW浮式平台在风、浪、流联合作用下的水动力性能进行研究。通过对不同浪向角下幅值响应算子(RAO)、附加质量、运动响应以及系泊张力的计算,结果表明,平台垂荡、横摇和纵摇的固有周期可以有效避开海上波浪能量集中的周期范围;在极限工况下纵荡、纵摇以及垂荡的最值分别为16.83 m、11.81°以及-6.213 m,说明有着良好的运动性能;系泊缆的安全系数为1.92,于允许安全系数1.67,能够保证平台安全运行。

码头无缆系泊对船舶运动响应和允许作业波高的影响分析

针对码头有缆系泊的诸多缺点,根据《海港总体设计规范》对允许作业波高的相关要求,基于ANSYS/AQWA系泊分析软件,以遮蔽式集装箱码头和小型驳船为研究对象,建立码头和船舶的三维系泊模型。仿真计算不同作业波高和有/无缆系泊下船舶的运动响应,对比分析有/无缆系泊的允许作业波高指标。仿真结果表明,在不同作业波高下无缆系泊相对有缆系泊,增大了船舶横移/纵移/横摇/回转运动约束,降低了系泊船舶运动量,提高了码头允许作业波高。初步验证了无缆系泊的可行性和有效性,为无缆系泊技术研发提供了仿真研究基础。

多模块海上漂浮式光伏平台运动响应特性

针对传统漂浮式光伏(Floating Photovoltaic,FPV)平台难以适应复杂海洋环境载荷的问题,创新性地提出一种适用于海洋环境的多模块柔性连接FPV平台,模块之间采用铰接结构进行连接,使光伏阵列可以随波浪运动,从而降低结构间弯矩,提高光伏平台在海洋中的生存性能。采用AQWA软件对不同浪向角下多模块FPV平台的运动响应特性进行仿真分析。结果表明:在一般运行海况下,为了使所提出的FPV运动性能最优,光伏阵列布置方向应与浪向呈30°~60°角;中心光伏最大垂荡位移达1.89 m,光伏组件被海水浸没,应采用较高的光伏支架。

水翼辅助推进船舶运动响应分析

水翼辅助推进是利用水翼吸收船舶在波浪中摇荡运动的能量从而降低波浪增阻并提供额外推力的技术,其中绕水翼的环量流动对水翼所产生的力与力矩有着重要影响。为此,利用ANSYS-AQWA结合源面元分布法与平板摇荡翼速度环量力理论解,对安装有固定翼的S175船运动响应进行了数值模拟。计算结果表明,水翼能显著降低船舶在迎浪中航行时船舶的运动响应。

风浪与冲击载荷作用下海上火箭发射船运动响应研究

海上火箭发射船在海洋环境载荷与发射冲击载荷作用下将发生复杂的非线性运动响应,对火箭发射的安全性有着至关重要的影响。本文基于三维势流理论研究不同海况风浪与冲击载荷作用下某海上火箭发射船的运动响应特性,并分析船舶有无动力定位系统、发射点火时间的选择等因素对发射船运动特性的影响。结果表明:发射冲击载荷对船舶的纵摇运动影响较大,尤其是在风浪方向和船舶方向平行时,纵摇角较大;动力定位系统的存在会增加发射船的横摇角度;发射点火时间选择在发射船纵摇运动即将达到极值并折返的时刻,可减小发射船纵摇运动对火箭起飞姿态的影响。

海洋内孤立波作用下潜体运动响应特性研究

2021年4月印度尼西亚海军“南伽拉402”号潜艇在巴厘岛以北约60海里(111.12km)处发生沉没,分析表明大振幅海洋内孤立波作用可能是事故原因之一。基于大振幅内孤立波eKdV理论与Morison公式建立了内孤立波作用下潜艇的运动学模型,揭示不同内孤立波振幅、潜艇潜深条件下潜艇的运动响应特性,进一步说明内孤立波可能造成印度尼西亚潜艇失事。结果表明:内孤立波对潜艇的运动状态产生巨大影响。垂直方向上潜艇在短时间内产生大幅度掉深,而水平方向上其运动方向在密度界面上或界面处与内孤立波传播方向一致,界面下则相反,且内孤立波产生的垂向力矩可能造成潜艇倾覆。不同波幅、潜深下潜艇表现出不同的运动响应规律。研究表明印度尼西亚潜艇失事可能是潜艇执行任务过程中遭遇了较大振幅内孤立波,导致其发生大幅度、迅速掉深。

破冰船在冰脊场中的运动响应预报方法

为安全、有效地开发极地资源,降低冰脊对船舶航行性能的影响,研究船舶在冰脊场中的运动响应。通过建立船舶冰阻力计算模型和船舶净推力模型,结合船舶运动方程和冰脊场的概率模型,预测船舶在冰脊场中的航行性能,并分析不同参数对船舶运动响应的影响规律。将采用该方法预测得到的结果与极地破冰船冰池模型试验结果进行对比验证该方法的有效性,结果表明二者能较好地吻合,该方法适合进行净推力和平整冰阻力预报。通过对平整冰厚度和冰脊密度进行敏感性分析发现,冰厚对船舶平均速度的影响显著。

基于运动响应短期预报的半潜船货物系固分析

提出一种基于波浪运动响应短期预报的货物系固方案评估方法。依据中国船级社《半潜船载运手册编制指南》,针对某半潜船单航次载运重大件货物的特定航线,确定设计波高、风速、谱峰周期范围等参数,使用短期预报方法计算得到运动响应最大可能极限值,根据预报极值直接计算货物惯性载荷,分析系固方案抗滑移、抗翻转能力。

单点系泊油轮运动响应分析及运动控制

基于数值模拟,对单点系泊系统动力响应进行研究,探究单点系泊系统在波流不同向和特殊作业工况下油轮的运动规律和系泊力的影响因素,并给出船体控制的方法。研究结果表明,波流夹角、波浪和流速会对船体运动和系泊力大小产生显著影响;在船尾处0°方向和船侧135°方向施加拉力,会降低船体运动幅值及系泊缆绳拉力。最后给出了该系泊系统的极限作业海况条件。

月池对钻井船运动响应的影响分析

为了满足特定的工程任务需求,钻井船通常设计有大开口的月池结构,以实现钻井设备和水下作业设备的收放,但是此类贯穿甲板的设计会对船舶的运动性能产生不利影响,因此研究月池对钻井船运动性能的影响十分必要。本文运用数值模拟软件STAR-CCM+对KCS船进行数值方法验证,在此基础上以有无月池为变量对某钻井船进行运动响应分析研究。结果表明,月池的存在对垂荡运动影响较大,对纵摇运动影响较小。