Hydraulic Design Method of Wave Dissipating Structure with Partially Perforated Front Wall

Based on the matching conditions of different fluid regions, the eigenfunction expansion method is used to develop a theoretical formula for wave reflection in front of the perforated structure with a partially slit front wall. The accuracy of the solution is verified by comparing the numerical results with experimental data. In addition, a new hydraulic design method is developed by derivation of the theoretical formula with respect to the porosity of the slit wall, and the results of this design method is drafted for harbour engineers to use.

10 MW级海上风电新型浮式基础结构强度分析

针对应用于50 m水深海域的10 MW海上风力机,设计由三浮筒及三立柱组成的新型浮式基础,建立带有骨材结构的有限元分析模型。对于有关此新型浮式基础的设计波参数,一般选用随机性设计波的方法来确定,对波浪载荷工况下的整体结构。重点研究浮筒的骨材尺寸以及骨材间距对新型浮式基础强度的影响规律,并得到纵横骨材尺寸组合对新型浮式基础整体强度的影响规律。研究表明,新型浮式基础结构高应力区域位于3个浮筒连接处,浮筒板单元应力水平受骨材尺寸和骨材间距的共同影响,采用合适的尺寸间距组合可在应力水平相当的情况下显著降低用钢量。

储液-桩基LNG储罐地震离心模型试验设计方法

LNG储罐作为国家重要的战略能源储备工程,正快速向超高容量、超大直径、半地下化趋势发展,并对抗震安全性要求极高。针对离心模型试验规格尺寸限制,提出一种以储罐自振周期、晃动周期和抗弯刚度为主要控制参数的LNG储罐试验设计方法,并以原型为27万m3的大型储罐开展了相应动力离心试验,验证了设计方法的合理性并分析了其地震响应。结果表明:试验得到的自振周期与规范计算值较为接近,误差为5.6%,验证了该试验设计方法的可靠性;储液晃动频率与荷载幅值变化关系不大,主要与储罐形状、液面高度有关,储液晃动波高与荷载幅值呈现明显正相关;桩基础可以提升LNG储罐的安全性,相同荷载激励下,有桩储罐比无桩储罐晃动波高减小约8.2%。

400km/h高铁隧道出入口缓冲结构开口率对微压波影响研究

随着高速列车运行时速的提升,车-隧气动效应加剧、微压波超限问题愈发严重。以往研究表明,隧道洞口设置缓冲结构是解决微压波问题的有效手段之一,但是随着隧道长度增加、列车时速提升,仅以入口缓冲结构作为标准的设计方法存在一定局限性。并且国内外的研究重点更多集中在入口缓冲结构,对出口缓冲结构及隧道出入口均设置缓冲结构的设计方法研究相对较少。针对这一问题,利用控制容积法分析出口开口式缓冲结构的关键影响参数。基于LES湍流模型和动网格技术建立三维数值仿真模型,对关键参数的正确性做出验证。分析隧道出入口对称、非对称设置缓冲结构对微压波特性的影响,提出适用于单线和双线隧道的洞口开口式缓冲结构的设计方法。研究结果表明:1)隧道出口缓冲结构开口率是影响出口缓冲结构对微压波压力缓解效率的关键参数,开口率越大,微压波压力最大值越低;2)隧道入口以压力梯度为控制标准设置最优缓冲结构、隧道出口提高缓冲结构开口率的形式,在单线隧道缓冲结构设计中对微压波有更高的缓解率,出口缓冲结构开口率越大,对微压波压力缓解效率越高;3)双线隧道洞口开口式缓冲结构设计时,应当增加其总开口率,同时选择小面积、多个数的开口形式并在隧道出入口对称设置。

基于非线性规划法的最小阻力船型设计

最小阻力船型设计可以有效减少燃油消耗和污染物排放。船型设计是一个多目标优化过程,本文提出一种基于非线性规划法的最小阻力船型设计方法,对设计流程进行详细分析,定义和选择设计变量,并确定设计的约束条件,提出将遗传算法应用于最小阻力船型设计,给出船型结构和优化后的前半体横剖线图,对优化前后的兴波阻力系数、摩擦阻力系数和形状阻力系数进行计算和对比,结果表明基于非线性规划法可以有效减小船舶阻力,且船舶兴波阻力系数减小较多。

含观光筒的复合材料游艇直接计算方法研究

文中以一具有底部观光筒体的复合材料游艇为研究对象,对比分析规范计算方法和SESAM设计波方法对含观光筒复合材料小艇设计载荷计算结果的区别,结果表明:相较于规范方法,设计波方法在计算船体设计载荷时可充分考虑船体结构形式的影响,在对含观光筒的船舶载荷进行计算时应采用设计波方法.此外,在SESAM计算载荷的基础上对含观光筒复合材料结构强度进行了直接计算,并采用最大应变衡准对船体结构强度进行校核,结果表明:强度校核时的计算应变与许用应变的比值在60%以内,本文计算的含观光筒复合材料船体结构的强度安全裕度较大.

基于设计波法的半潜式生活平台主船体强度分析

针对某半潜式生活平台,计算其主体结构强度并校核其是否符合规范要求。首先采用SESAM软件的Genie模块对半潜生活平台进行结构有限元、湿表面和水动力模型的建模,运用HydroD水动力模块计算了结构在不同周期和不同浪向下的幅值响应系数(RAO),通过RAO极值来确定设计波法中波浪的参数,将确定的设计波通过RAO极值来确定设计波法中波浪的参数,将确定的设计波通过载荷传递施加到模型上,采用Sestra求解器模块进行求解。最后采用Xtract模块进行应力结果后处理,计算结构的强度并校核其是否符合规范要求。结果表明,本文设计的半潜生活平台结构强度满足规范要求。本文研究方法和研究结论可为半潜式平台的强度计算提供有效参考且具有实际意义。

新型干树半潜平台整体强度分析

以新型干树半潜平台为研究对象,采用随机性设计波方法对结构水动力响应进行分析,计算波浪载荷和设计波参数,并对平台整体结构强度进行分析,依据规范对结构强度进行校核。结果表明,新型干树半潜平台整体强度和UC值满足相关规范要求。采用随机性设计波方法确定的平台上船体主导载荷为水平剪力垂向加速度工况;上浮箱立柱连接处、下浮箱顶部以及节点侧面区域为高应力区,对该区域应重点关注并进行疲劳强度校核。为新型干树半潜平台结构安全和后续疲劳分析提供理论依据,为平台结构安全提供保障。

HYDRODYNAMIC ANALYSIS AND DESIGN METHOD OF OWC WAVE ENERGY CONVERTORS

In this paper,using potential flow theory and assuming that the pressure in the air cabin is proportional to the vertical velocity of the water column,we establish a hydrodynamic model for OWC wave energy convertors,resulting in a collection of illustrative plates,from which the behaviour of an OWC and the relation between its parameters are discussed. Optimization theory is used to design an optimum convertor working in irregular waves. It is found that the numerical results fit well the experimental data.

基于二阶CW方程的引力波探测编队构形设计

针对基于CW(Clohessy-Wiltshire)方程所设计的空间引力波探测编队在二体非线性引力场下的臂长发散问题,提出了一种基于二阶CW方程的编队构形设计方法。推导了二阶CW方程的微分形式,利用摄动法得到了二阶CW方程的近似解析解,并以此为基础证明了完美空间圆形绕飞轨道的不存在性,分析了基于CW方程所设计的标称构形的发散原因;基于二阶CW方程与能量匹配周期条件以航天器相位角为优化变量构建了编队构形优化模型,建立了基于全局优化算法和模式搜索算法的多约束构形优化方法;以“太极”任务为背景对优化结果进行了仿真验证。仿真表明:所提出的优化方法能够将编队臂长的平均误差降低至0.32%、最大误差降低至0.44%。

半潜式平台整体结构设计的波浪载荷研究

在深入研究设计波方法的基础上,提出了适合于半潜式平台整体结构设计的确定性设计波法、随机性设计波法和长期预报设计波法,并结合DNV规范提出的6个特征载荷工况给出了半潜式平台整体结构设计的波浪载荷具体计算方法及流程。以实际半潜式平台为例,根据其作业海域,将3种设计波方法应用于波浪载荷计算,并进行了对比分析。结果表明,本文提出的方法可为半潜式平台的波浪载荷计算提供参考,对半潜式平台的整体结构设计具有一定的指导意义。

UR S11A对船体梁波浪载荷长期极值的影响研究

2016年7月1日起生效的新版UR S11A以提升集装箱船结构安全为目标,替代了之前的版本UR S11。论文对UR S11A和UR S11中关于船体梁波浪载荷长期极值的计算公式和技术背景进行了比较。以已经交付运营或正在建造中的14型不同尺度集装船为分析数据库,对这两个规范在确定波浪载荷长期极值中的应用进行对比研究。然后以一型超大型集装船为算例,用基于线性波浪载荷的谱分析法、基于非线性波浪载荷的等效设计波法和非线性等效设计海况法等三种长期极值预报方法,对船舯区域垂向波浪弯矩进行计算,并分析它们与规范值之间的差异。总结UR S11A对船体梁的波浪载荷长期极值的影响,也为集装箱船波浪载荷设计极值的确定提供参考和建议。

复消色物镜的波差法光学设计

采用波差法进行复消色物镜的光学设计。以球差与波差、色差与波色差的关系为基础,推导出了波差与结构参数之间的关系方程式。运用得到的方程式来计算初始结构,可以充分发挥用计算机编程处理复杂问题的优势,使复杂的计算问题能够快速解决。针对光学设计中的两大难点之一——复消色大口径长焦距平行光管物镜的设计,利用自行编写的光学设计程序,采用低价的国产玻璃成功地设计出高质量的复消色大口径长焦距平行光管物镜。同理,选取不同的玻璃组合,也能设计出高质量的复消色摄影物镜。最后给出多个设计实例对采用的设计方法进行了验证,结果表明,采用波差法进行复消色物镜的光学设计简单易行,且设计的物镜质量高,成本低。

集装箱船结构设计波浪载荷计算

考虑非线性波浪载荷,提出了集装箱船结构直接设计法中设计波浪载荷的确定思路和方法.按此思路编制了程序,并对一艘集装箱船作了相应计算,将弯矩传递函数计算结果与相应模型试验进行了比较,预报趋势和量值与模型试验结果都有较好的一致性.将非线性波浪弯矩计算结果与德国劳氏船级社(GL)规范公式结果及国际船级社协会(IACS)标准进行了比较,结果显示非线性中拱中垂波浪弯矩的比值处于GL和IACS之间,非线性中拱中垂合成弯矩较非线性波浪弯矩平均增加了20%到35%.发展了一种改进的非线性切片理论和方法,用于计算包括外飘砰击、底部砰击和甲板上浪引起的非线性波浪载荷,适合于确定非线性的设计波浪弯矩和合成弯矩.

深水半潜平台波浪载荷计算的设计波方法研究

采用确定性设计波法、随机性设计波法和长期预报三种不同方法对深水半潜平台波浪栽荷计算进行研究。综合考虑了波陡、海域、回复期、波浪谱形式等因素对设计波结果的影响,对不同方法的计算结果进行了对比分析。针对南海海域工作的深水半潜平台波浪载荷计算方法提出合理建议,分析结果可为同类半潜平台波浪裁荷计算提供参考。

半潜平台结构疲劳寿命评估方法比较

为了研究各种疲劳评估方法对海洋结构物疲劳寿命评估结果的影响,利用S-N曲线方法和断裂力学方法分别计算了半潜式海洋平台的疲劳寿命,分析比较了二者计算结果的差别。同时比较了疲劳载荷预报中谱分析方法和设计波法的计算结果,分析研究半潜式海洋平台结构关键节点疲劳应力计算中设计波和载荷参数的确定方法,为半潜式海洋平台的疲劳寿命评估提供依据。经过比较分析,认为S-N曲线方法和断裂力学方法应用于评估海洋结构物疲劳寿命均是可行的,使用设计波法来计算半潜式海洋平台横撑与立柱交点处结构疲劳寿命时应该以60°浪向的横向扭矩为特征设计波浪载荷来决定设计波参数比较合理。

全船有限元结构分析的若干关键技术

阐述了全船有限元结构强度分析的直接计算流程和方法,以6 000 t甲板驳船为例,对其中的若干关键技术,如甲板货物的不同模拟方法(虚梁法、多点约束法和质量点法)及剖面荷载参考点的选取等进行了研究,提出了相关建议.在此基础上,实现全船的结构强度评估,以期对全船有限元结构分析中相关关键技术的应用提供一定的参考.

波流耦合模型在风暴潮波浪增水推算中的应用

文章通过收集威海海域附近引起严重影响的台风资料,并以历时台风资料为样本,采用montecarlo随机模型重新生成12组台风。建立波流耦合数值数学模型,以台风为驱动要素,对风暴潮引起的波浪增水进行了分析计算,得到台风过程影响下威海沿海海域的风暴潮增水与波浪要素,将研究结果进行了验证和与实测数据进行分析比较,并将研究结论应用于部分工程的实践。

深水桁架式Spar平台干式拖航强度分析

以某新型深水桁架式Spar平台为研究对象,应用设计波法,对Spar干式拖航运输过程中Spar平台和拖船的整体结构强度,进行计算和分析。依据三维绕射理论计算波浪诱导载荷与运动,采用谱分析法确定设计波参数。在建立了桁架Spar平台与运输船的总体结构模型后,对结构模型施加设计波浪载荷,通过有限元计算分析,获得了总体结构的应力计算结果和应力分布趋势,分析结果可为桁架Spar平台的干式拖航安全评估提供依据。

基于设计波法的半潜型浮式风力机结构强度校核

以美国可再生能源实验室(NREL)公布的"5 MW baseline"浮式风力机模型为设计依据,利用设计波的谱分析法,挑选基础结构典型剖面载荷,并对其进行长期预报,计算半潜基础典型受力工况下的设计波要素,结合浮式风力机所受风载荷及6个自由度风力机气动载荷,选择风浪同向为最不利工况,对设计波条件下的结构总体强度进行计算校核。结果表明:结构在2种典型作业工况下强度均满足设计要求。