基于全耦合模型的海上吊装作业动力响应特征研究

针对现有海上吊装模拟方法不能有效考虑浮吊船舶—系泊系统—吊物系统之间的动态耦合,难以实现基座回转、吊臂变幅连续模拟问题,基于Matlab/Simulink、ADAMS联合仿真平台建立了海上吊装作业全耦合动力分析模型,探究了中长周期波作用下波浪周期、吊缆收放、基座回转、吊臂变幅等参数变化对吊装作业系统动力响应的影响规律。结果表明,波浪周期接近吊物系统固有周期时会引发共振,导致吊物摇摆幅值显著增加。基座回转、吊臂变幅等因改变了吊物的空间位置从而引发了浮吊船舶倾覆力矩的变化,进而对浮吊船舶运动响应产生显著影响。当基座回转90°后,浮吊船舶的横倾角增加约2.74°。

注聚平台振动特性及阻尼基座隔振性能

基于Abaqus软件建立大型注聚泵作用下注聚平台动力响应分析模型,探究注聚泵布置方式、开启数量、启动间隔等参数对注聚平台振动特性的影响规律。基于被动隔振原理提出一种迷宫式约束阻尼隔振基座用于降低平台的振动,并采用数值方法对该约束阻尼隔振基座的隔振效率进行研究。结果表明,注聚平台的振动响应会随着注聚泵开启数量的增加呈现线性增长趋势,不同启动间隔可导致注聚泵机振动载荷相互抵消,从而导致注聚平台振动响应大幅降低,而迷宫式约束阻尼隔振基座可显著降低注聚平台多个自由度的振动响应,其隔振效率可达20%。

浮筒辅助大型导管架结构整体拆除上浮过程动力响应特征研究

浮筒辅助大型导管架结构整体拆除作业是一个连续过程,作业过程中拆除系统的动力荷载及动力参数均会发生显著变化,传统基于某一稳定状态的结构动力响应分析方法不能准确预测拆除系统上浮过程中的动力响应。通过建立浮筒辅助大型导管架结构整体拆除上浮过程动态分析模型,对拆除系统上浮过程的动力响应特性进行研究。结果表明,整体拆除动态分析模型可以准确描述拆除系统上浮过程中浮筒及导管架浮力变化对上浮高度的影响机制,拆除系统上浮高度约为不考虑浮筒和导管架浮力变化时的90%。此外,浮筒辅助大型导管架整体拆除方法的动态稳定性较强,四级海况下拆除系统的最大偏移量仅为4.2 m,有较好的工程应用前景。

极浅水大潮差海域漂浮式海上光伏阵列系泊系统优化设计

面向海上太阳能资源开发,提出一种轻量化单层框架式漂浮式海上光伏支撑结构。为应对极浅水、大潮差给漂浮式海上光伏阵列系泊系统设计带来的极大挑战,考虑风、浪、流等环境载荷联合作用,采用时域耦合动力分析方法对漂浮式光伏阵列与系泊系统整体动力响应进行数值仿真,探究不同系泊参数对模块阵列运动响应和系泊缆受力等的影响规律。结果表明,合理选择系泊半径、浮子位置、浮子净浮力和预张力大小等可有效改善漂浮式海上光伏模块阵列的运动响应和系泊缆张力。基于此对系泊系统进行优化设计,并给出满足工程要求的系泊系统设计方案。

海洋科学装备研究进展与发展建议

海洋科学装备是知海、用海、护海的重要基础。本文从深入认知海洋、合理利用海洋、积极保护海洋、有效管控海洋四方面对我国海洋科学装备的需求进行了剖析,系统梳理了世界海洋强国在海气界面观测装备、水下移动式观测装备、海底观测网络系统等海洋科学观测平台领域的发展现状,总结了未来海洋科学装备的发展趋势;阐述了我国在海洋遥感卫星、海洋科考船、海洋深潜器、海底观测网络等海洋科学装备领域取得的进展,对标国际先进水平分析了通用技术、核心装备、集成系统等方面存在的差距与不足。研究提出了适合国情的发展建议,包括基础理论研究和关键技术突破、新型海洋科学装备研发和成果转换、海洋科学装备共享机制和综合服务平台、国际合作机制和标准体系建立,以期为海洋科学装备更好服务于国家海洋强国战略实施提供方向参考。

双船浮托荷载连续转移过程运动受力特性研究

针对传统分阶段模拟方法不能准确描述浮托安装荷载连续转移过程中驳船运动及缓冲装置受力特征的问题,本文利用具有时变特性的质量点对驳船连续压载过程进行等效表征,提出了一种计及荷载连续转移效应的双船浮托安装数值模拟方法,对荷载连续转移过程中驳船的运动响应特性、桩腿耦合缓冲装置和甲板支撑缓冲装置的受力特征进行了研究。结果表明:双船浮托安装荷载连续转移数值模拟方法可准确地模拟上部组块与导管架桩腿对接全过程,荷载转移过程中驳船纵倾可导致6个缓冲装置受力不均衡,进而引发荷载转移速率的差异。而在上部组块与导管架接触及上部组块与驳船脱离的瞬间,浮托安装系统的动力特征及受力特性发生突变,该特殊现象未在分阶段数值模拟或模型试验中出现。

一种非对称无横撑半潜式平台的整体强度评估

本文基于设计波法对某新型半潜式平台的整体强度进行了研究分析。不同于传统半潜式平台结构形式,该新型半潜式平台的浮筒一大一小,对应的两组立柱也是一大一小,因此结构关于中纵剖面是非对称的;此外该半潜式平台没有横撑结构。本文首先确定了作业吃水和自存吃水情况下新型半潜式平台四种典型危险工况对应的设计波参数,然后研究分析了不同危险工况下半潜式平台的整体强度,并对新型半潜式平台与传统半潜式平台在整体强度方面的差异进行了比较。研究结果表明,该新型平台的最大应力最易出现在大立柱内侧与甲板连接拐角区域,而传统有横撑半潜式平台的最大应力多发生在横撑与立柱连接区域。此外,浮筒与甲板之间的大倒角设计有助于提高新型半潜式平台的整体强度。

92负刚度蜂窝结构压缩性能分析

为准确开展以黏弹性材料为载体的负刚度蜂窝结构数值模拟研究,提出一种基于黏弹性广义Maxwell模型的负刚度蜂窝结构压缩性能数值模拟法。进行了尼龙12的动态机械分析(DMA)测试,基于广义Maxwell模型拟合实测动态模量数据,得到反映尼龙12动态黏弹性的无量纲模量g_i和松弛时间τ_i。建立了负刚度蜂窝结构的有限元模型,基于实测的动态黏弹性参数,进行压缩性能的数值模拟研究,并同压缩试验结果进行比较,验证了数值模拟的准确性,利用数值模拟研究几何参数对结构压缩性能的影响规律。结果表明,基于黏弹性广义Maxwell模型的负刚度蜂窝结构数值模拟分析法可较准确模拟结构的压缩性能,为预测负刚度蜂窝结构的力学性能提供帮助。

带槽口驳船水动力特性及运动性能研究

为了探究大型驳船的船尾槽口对其水动力特性和运动性能的影响程度,本文以浮托安装为工程背景,对较分析了某T形驳船在7种装载状态下的水动力特性,发现槽口对其横摇和纵摇响应幅值算子(Response amplitude operator, RAO)有显著影响。进一步研究了槽口在长度、宽度和坡度等不同形状参数下驳船横摇和纵摇RAO的变化趋势,揭示了槽口形状对驳船水动力特性的影响程度和影响规律。建立了波浪作用下系泊缆-驳船耦合动力模型,对比了有、无槽口两种情况下驳船的横摇响应及能量谱密度,发现了槽口对驳船的运动性能也有较大影响,对驳船横摇最大运动幅值的影响程度可达到19.8%。

基于浮箱辅助的大型导管架拆除上浮过程研究

针对大型导管架结构尺寸庞大难以拆除的问题,本文研究了基于浮箱辅助的拆除方法,重点分析了拆除流程中的上浮过程运动响应。建立“导管架-浮箱”整体模型,采用浮体稳性理论计算“导管架-浮箱”整体的静稳性角和动稳性角,确定浮箱尺寸方案,实现了上浮过程连续动态模拟,得到了“导管架-浮箱”整体运动响应,并研究了压载水排放速率与波浪条件对其运动响应的影响规律,确定最优排水速率并避开不利的波浪荷载。研究结果可为大型导管架平台的拆除研究提供参考。

潜标锚泊系统静姿态与涡激振动时频分析

潜标系统作为探测海流、温盐等海洋环境要素的常用装备,其水下姿态和受力状况直接影响其作业性能。在海流、波浪等环境因素的影响下,潜标锚泊系统的涡激振动(VortexInduced Vibration,VIV)不可避免,进而干扰挂载的探测设备。本文基于OrcaFlex软件,首先对文献中的潜标锚泊系统进行了静力分析,并与文献中的结果进行了对比分析,两者吻合良好。然后对5种VIV时域模型逐一与试验结果进行了验证比选,发现精度最高的时域模型为米兰原创模型。最后采用该时域模型对潜标锚泊系统的VIV振动特征进行了研究,得到了不同流速条件下潜标锚泊系统振动幅值、振动频率沿系缆高度的变化规律。研究结果表明:潜标锚泊系统的振动频率随流速增大而增大,最大振动幅值为系缆直径的1.8倍(仅适用于此潜标),且潜标锚泊系统的振动频率和振动幅值均在浮球和水听器等设备挂载处发生突变,说明在潜标系统设计过程中需要注意对设备布置位置的优化。