防沉板结构吊装入水作业动力学时域仿真

针对防沉板结构物吊装入水作业中吊绳拉力和结构物运动响应问题,建立钢制防沉板、水下分布单元和管汇离散为圆柱的吊装入水时域模型。依据规则波吊装入水作业吊绳拉力结果确定防沉板结构入水过程中危险吊装状态的范围。进一步通过不同悬停吊装下不规则波的砰击,分析拉力的动态响应,确定防沉板结构物吊装的最危险状态。研究最危险状态下吊绳拉力动态放大因子和水动力随不规则波的时域和频域变化规律。结果表明,钢制防沉板的裙板浸没0.2 m附近时的状态最危险,此时吊绳的动态响应最大。在最危险状态下,吊绳拉力的动态响应更容易受到波高的影响,且分吊绳的动态放大因子比主吊绳更小,所以分吊绳最可能发生松弛。

基于组合优化算法的ROV控制器参数优化仿真

为解决有缆水下机器人控制器设计中多参数优化效率低、拟合响应面模型复杂的问题,本文提出了田口法与序列二次规划法结合的优化方案。应用田口正交实验在全局选定初值,将初值代入序列二次规划法进行局部精确收敛。采用田口法的组合优化方案,对有缆水下机器人控制器参数进行优化。仿真验证结果表明,优化后的有缆水下机器人跟踪螺旋路径效果良好,鲁棒性良好;相较于拉丁超立方的组合优化方案,田口法的组合优化方案迭代次数降低了70次,目标函数缩小了23.2%;相较于田口法,速度超调量减小,更具鲁棒性,该组合算法可高效地解决ROV多参数优化问题。

深水钢悬链线立管穿越转移作业仿真平台设计

采用三维多体动力学引擎实现海洋结构物模型和场景驱动,并基于高层体系结构(HLA)完成仿真平台的设计,同时选取海洋工程作业仿真软件验证仿真平台的计算精度,按照实际工程环境条件对作业过程进行联合预演及分析,结果表明:仿真平台能够处理复杂系统的多人协同操作、实时人机交互、作业场景可视化及海洋结构物间的动力学耦合作用等重要问题,可有效用于深水立管穿越转移作业的仿真演练。

海洋平台管道新型保温材料橡塑海绵应用简介

通过对保温材料导热系数、吸水率、防火性能等指标的对比,发现橡塑海绵材料因具有特有的闭泡微结构、导热系数低、防火性能高、安装快捷简易等优势,为一种理想的隔热保温材料。在使用中节约能源、安装方便,节约人力成本、降低劳动强度,具有很好的经济效益和社会效益,值得推广。

FPSO舷侧立管碰撞损伤与风险研究

采用风险矩阵法对FPSO舷侧立管碰撞风险进行了研究,确定了典型碰撞事故的风险等级并研究了解决措施。基于非线性有限元软件LS-DYNA,建立了补给船、FPSO舷侧立管以及立管防护结构的有限元模型并进行碰撞模拟研究,得到了结构损伤变形和能量吸收转化结果,以此划分了碰撞后果的危险等级。结合相关海域的历史数据,划分了船舶碰撞的发生概率。结果表明,靠近舷侧立管的补给船速度应控制在0.32m/s以内,舷侧立管外设置防护结构能够有效降低舷侧立管受到船舶撞击的风险水平。

FPSO舷侧立管碰撞损伤与风险研究

采用风险矩阵法对FPSO舷侧立管碰撞风险进行了研究,确定了典型碰撞事故的风险等级并研究了解决措施。基于非线性有限元软件LS DYNA,建立了补给船、FPSO舷侧立管以及立管防护结构的有限元模型并进行碰撞模拟研究,得到了结构损伤变形和能量吸收转化结果,以此划分了碰撞后果的危险等级。结合相关海域的历史数据,划分了船舶碰撞的发生概率。结果表明,靠近舷侧立管的补给船速度应控制在0.32 m/s以内,舷侧立管外设置防护结构能够有效降低舷侧立管受到船舶撞击的风险水平。

水下狭窄环境中ROV的自主返回控制

为满足缆控水下机器人(remotely operated vehicle,ROV)在水下狭窄环境中作业完毕后的顺利回收需求,研究仿真ROV的路径跟踪以及动力定位系统。基于非对称ROV构建数学模型,利用李雅普诺夫函数,采用反向递推和反馈线性化,设计了基于反步法的自适应控制器。该控制器通过反馈线性化,将已知非线性参数转化成线性参数,不确定的非线性参数应用自适应控制律进行放宽。通过仿真对该控制器应用于ROV的可行性进行验证表明:基于反步自适应控制以及视线导引的算法,ROV在水下狭窄环境中路径跟踪效果良好,动力定位稳定,鲁棒性良好,能够很好地解决ROV模型的不确定性与非线性问题。该控制器为ROV在水下狭窄环境中的回收作业提供了很好的解决方案。

动力定位船桨-桨干扰建模及分析

针对动力定位船舶带有数量众多推进器的特点,展开动力定位船桨间干扰的研究。采用基于RANS方程和RNG k ε湍流模型,结合滑移网格处理旋转流动的数值计算方法,首先展开螺旋桨敞水特性的计算,然后采用控制变量的研究方法先后研究了不同间距,不同方位角和不同进速下的螺旋桨推力减额。并与前人的试验结果进行比较,验证了计算的有效性。相关分析结果为推进器布置和动力定位船推力分配算法的研究提供了基础和依据,具有良好的工程应用价值。

海底管道气体泄漏率模型及实验研究

海底管道在其长期运营过程中可能会发生破坏引发泄漏事故,对海底管道气体泄漏率进行量化计算可为管道的安全运营提供指导。以计算流体力学为基础,提出海底管道气体泄漏率计算模型。在实验室水槽内开展水下空气泄漏实验,将理论模型计算与系列实验结果进行对比分析,得到了较好的一致性,验证了计算模型的有效性和适用性。同时,开展了不同管内初始压力及破损孔径下气体泄漏率变化规律的研究。结果表明,泄漏孔径比d/D<0.1时,小孔模型准确度更高;d/D>0.7时,泄漏率变化趋于平稳,管道模型更有优势;相比而言,大孔模型具有较广泛的适用性,对所有孔径比均能给出合理结果。管内初始压力对泄漏率的大小影响显著。随着起始压力的增大,孔口临界流与亚临界流的分界点向大孔径方向偏移。该模型为海底管道气体泄漏量的预测及应急处置决策的制定提供了思路。

半潜平台湿拖作业时横摇水动力特性数值研究

针对半潜平台湿拖作业中的横摇问题进行数值研究,结合雷诺时间平均Navier-Stokes方程和流体体积函数法建立半潜平台强迫横摇数值模型,并通过模型实验验证了数值模型的准确性。通过静水和航速为5kn时的强迫横摇水动力矩的滞后回线研究了横摇频率和航速对水动力矩滞后效应的影响,计算了半潜平台横摇附加惯性矩和阻尼,分析了半潜平台横摇时不同位置涡的分布和航速对流场的影响。研究结果对半潜平台的设计和拖航运输具有指导意义。

浅谈VANTAGE PDMS三维设计软件应用

本文介绍了VANTAGE PDMS三维协同设计软件,并且总结了使用该软件经验和体会。

铺管船在波浪中时域运动与仿真控制

为了能够准确而有效的计算铺管船在波浪中的运动情况,本文基于船舶时域运动学方程,以Jonswap谱作为不规则波浪输入,并应用PID控制器和Kalman滤波器相结合的动力定位系统,对铺管船在波浪中的时域定位控制进行仿真模拟。通过对不同有义波高和不同谱峰周期下的铺管船时域运动的仿真结果进行分析发现,本文仿真模型能够对铺管船运动进行有效控制,但当谱峰周期过大时会影响铺管船纵荡运动的平衡位置,因此在实际作业中需着重注意。