舰船砰击载荷及结构动响应研究综述

砰击是个强非线性现象,严重砰击引起的船体局部和整体结构的动响应会威胁船舶结构强度,该问题一直深受船舶设计者和研究人员的重视。文章侧重从结构动响应角度,从理论分析、数值模拟以及实验三方面,综合分析了国内外在该领域研究进展,指出尚待解决的问题和今后的研究方向。

基于显式有限元方法的二维楔形刚体入水砰击载荷并行计算预报

局部砰击载荷是在船舶首部结构设计时重点关注的问题。文章基于显式有限元方法,选用任意拉格朗日—欧拉算法(ALE),针对某30°二维楔形刚体入水砰击问题,开展了数值预报工作。针对模型网格密度开展了收敛性分析。数值预报的加速度、砰击压力等时域结果与已公开发表的模型实验的结果进行了比较,吻合非常好。鉴于在微机上数值计算时间比较长的问题,文中探讨了并行计算技术在模拟中的应用。

规则波和不规则波中船舶艉砰击及其振动响应的试验研究(英文)

在拖曳水池中对某船舶进行了艉砰击及其振动响应的试验研究。在规则波以及不规则波中的零航速、艉随浪情况下观察到了严重的艉砰击现象。试验数据分析表明,合成弯矩可以分成由波浪载荷引起的低频成分以及由砰击载荷引起的高频成分。由于严重艉砰击载荷的作用,发现在某次规则波试验中合成弯矩比波浪弯矩要大出44%,在3.24m不规则波中合成弯矩增加了43%。不规则波中的试验数据统计表明合成弯矩分布范围服从Weibull分布。推导了服从Weibull分布随机变量的短期概率极值预报公式,针对试验数据进行了预报。还讨论了试验数据分析中的不确定性问题。试验研究表明,对于艉部平坦肥大的船舶,在设计和使用中需要引起对艉砰击及其振动响应问题的重视。

三维加筋板楔形体结构水弹性砰击的ALE数值模拟研究

合理预报船首局部结构砰击载荷及其结构应力响应是船舶结构设计人员所重点关心的问题。文章针对某钢制三维加筋板楔形体入水砰击问题,考虑其水弹性效应,采用ALE显式有限元方法开展了数值预报工作。数值模拟的入水加速度、加筋板结构的纵骨和横梁上应力响应等结果与模型实验的时域结果进行了比较,吻合较好。文中还讨论了数值模拟的并行计算效率问题。

基于ALE算法的无转角和有转角铝制加筋板楔形体水弹性砰击的数值模拟研究

文章采用基于任意拉格朗日—欧拉(ALE)算法的显式有限元技术研究水弹性砰击现象,针对已开展的铝制加筋板楔形体结构入水砰击模型实验,开展了数值模拟比较工作。该楔形体底部斜升角为20度,底部两侧是包含三根纵骨和两根横梁的加筋板结构,两侧结构刚度不同。预报了模型无转角和有转角典型工况的砰击入水过程,得到的入水加速度、底部加筋板结构纵骨应力和横梁响应与模型实验结果吻合较好。研究表明该ALE算法具备模拟船舶局部结构的水弹性砰击流固耦合问题的能力。

基于混合两步法的船舶砰击载荷预报研究（英文）

文章针对船舶结构设计时重点关注的艏部砰击载荷问题,综合考虑计算效率及精度,提出了基于势流理论和计算流体力学方法的混合两步法。第一步,采用三维势流理论预报波浪中有航速船舶的运动响应,分析船波相对运动;第二步,根据预报砰击载荷所在位置的船体横剖面,建立等截面的三维立体模型,采用基于有限体积法与动网格技术的计算流体力学方法,基于第一步得到的相对运动结果模拟落体入水过程,计算砰击压力。使用该两步法预报了某超大型油轮在压载工况顶浪航行时候的艏部砰击压力,并讨论了相对运动和砰击压力的时域历程规律。文中数值预报结果得到了水池模型实验的验证,表明该方法的可行性和预报结果的合理性。

江海通航顶推船铰接装置的波浪载荷模型试验研究

在不规则波中对某5000吨级的江海通航顶推船进行了两销式铰接装置的载荷模型试验。模型试验数据的无因次分析表明,在浪向角60°情况下铰接装置受力比其它浪向角时都要大,并且铰接装置受到的水平弯曲力比垂向弯曲力、轴向力大得多。推导了服从Weibull概率分布变量的短期概率极值预报公式。针对试验数据,进行了实船12小时短期概率极值预报,结果表明,在设计波高4.2m时,超越概率1%时的最大弯曲力相当于该顶推船推轮的排水量。本次试验及其数据预报的极值可供设计同类型铰接装置的江海通航顶推船时参考使用。

大型LNG船舶结构疲劳强度评估研究

基于S-N曲线和Miner-Palmgren线性累计损伤理论,根据BV船级社规范以及GTT文件要求,针对大型No96薄膜型LNG船舶开展了结构疲劳强度评估研究。评估了某150000m3 LNG船典型中横剖面的纵骨与横向主要支撑构件的相交处节点的疲劳强度,除两个节点外都满足40年的疲劳寿命要求。讨论了通过改进疲劳节点的结构形式来提高疲劳寿命的方法。

北部湾导管架平台打桩过程高应变动态监测与分析

为合理评估桩身完整性和桩身承载力,降低拒锤风险,采用PDI公司的无线打桩动态分析仪,对南海北部湾砂性土壤海底区域的涠洲油田某导管架平台桩基打桩过程开展了高应变动态监测。通过监测打桩过程的锤击数、入泥深度及桩身应力值,分析了某桩的打桩捶击能量、桩身完整性,表明该桩没有拒锤及发生屈服破坏的风险。采用CAPWAP法拟合分析了桩基承载力等结果,并将CAPWAP法得到的应力结果与实测应力进行了对比,表明采用CAPWAP法拟合的应力结果可用于后续钢桩承载力的拟合分析。最后将CASE法、CAPWAP法拟合结果与设计极限承载力进行了对比,表明CAPWAP法拟合得到的桩承载力与桩设计外摩擦力结果吻合更好,对判断桩承载力有一定参考价值。本文研究结果可为该海域打桩作业提供技术参考。

东海涌浪环境下大型起重船吊装组块耦合运动响应数值模拟研究

我国东海海洋环境复杂,经常出现小波高、长周期的涌浪.长周期涌对系泊大型起重船吊装海洋平台上部组块影响比较大,尽管涌的波高较小,但是,吊物组块运动幅度明显比同等波高海况时的要大,严重影响了海洋平台的安装施工效率和进度,甚至威胁作业安全.本文采用水动力势流软件,建立系泊-大型起重船(包括吊臂)-索具-大型组块吊物的耦合运动模型,研究复杂涌浪环境下耦合系统运动响应特性及其机理,并开展了参数敏感性分析,讨论对耦合响应影响因素.最后,对东海涌浪情况下起重安装施工,提出了降低吊装组块运动响应的建议措施.

动力定位船舶循迹控制海上实测与数值模拟研究

提出了一个铺管船动力定位的海上监测方案,对某船舶运动和环境载荷进行了实时监测。实测结果表明该方案的合理性以及该船舶具有良好的动力定位循迹控制能力;应用PID控制算法对铺管船动力定位进行数值模拟,并将海上实测结果与数值模拟结果进行对比分析,两者具有较高的吻合度。

横浪海况下“蓝鲸”号起重船吊装上部组块运动响应研究

"蓝鲸"号起重船舶在海上吊装大型上部组块施工过程中,有时受现场条件限制,会出现横浪吊装作业工况,此时组块运动容易偏大,威胁作业的安全,甚至造成设备损坏和人员伤亡事故。本文针对横浪-系泊系统-起重船-吊缆-上部组块复杂耦合系统,开展了数值模拟研究工作,分析吊装组块的运动响应规律和特性。将规则波中运动响应预报结果与水池模型试验结果进行了对比分析,验证了数值模拟的合理性及其精确性,揭示了起重船和吊物的耦合运动机理。针对典型横浪不规则波工况,开展了运动响应预报,并和Noble Denton相关衡准进行了对比,给出了允许施工作业工况的建议。

基于快速载荷转移技术的浮托安装分步试验和数值模拟研究

实现海洋平台上部组块高效安全的安装是海洋油气资源开发的保障,论文以基于快速载荷转移技术的浮托安装系统为研究对象,利用模型试验和数值模拟方法探究大型平台组块浮托安装的动力响应特性,对浮托安装过程进行简化分步试验和数值模拟,利用举升丝杠系统和压载系统调节驳船实现不同载荷的转移,探究了不同载荷转移(0%,30%,70%和100%)工况下,驳船和平台上部组块的运动响应及DSU和LMU的受力特性。对比分析了数值模拟和试验结果,两者吻合较好。研究结果可为快速载荷转移技术在浮托安装中的应用提供参考。

基于半定量方法的深水海底管道应急维修风险评估研究

随着我国南海深水油气田的开发利用,深水海底管道维修研究成了行业关心的热点问题之一。在调研国内外相关企业维修技术的基础上,形成了500 m和1 500 m海底管道维修工艺流程。根据DNV船级社海洋工程相关规范,提出了深水海底管道维修的半定量风险评估方法,开发了相应的风险评估软件系统。最后,分析比较了500 m和1500 m水深海底管道的机械连接器应急维修流程,应用专家打分法开展了风险分析,并推荐了相关风险控制的措施。

考虑推进器失效的深海工程船舶动力定位数值模拟

基于PID控制器的动力定位数值模拟方法,开发控制参数自动整定程序,采用非线性最优化方法分配推力,考虑推进器转角限制以及推进器失效情况,实现对动力定位船舶的控制。针对某动力定位深海工程船舶,在风、浪、流组合海况下,开展平面运动响应及其定位能力的预报和对比研究工作,在时域和频域上分析典型海况下的运动结果。结果表明该方法在动力定位能力和运动响应预报方面有较好的工程应用价值。

蓝疆号起重船吊装组块作业适用性

采用数值模拟和物理模型试验,对比顶浪下蓝疆号系泊起重船吊物系统的运动特性。分析吊物运动对周期和波高变化的敏感性。依据Noble Denton浮式起重船操作规范,结合我国东海海况,对蓝疆号起重船吊装1 000t和3 000t组块的适用性进行分析,为蓝疆号起重船在海上作业的适用性提供理论依据。

基于OpenFOAM的无转角和有转角楔形体舱段入水砰击载荷数值模拟研究

合理预报船首局部结构砰击载荷是船舶设计和研究者重点关心的问题。文章针对无转角和有转角楔形体舱段入水砰击问题,采用OpenFOAM开源软件,开发了基于两相流求解器InterDyMFOAM数值模拟结构入水砰击的程序包,开展了预报研究工作。数值模拟了入水过程的压力和加速度时域响应历程,与入水砰击模型实验进行了对比分析,吻合很好。同时讨论了网格划分等对结果的影响和砰击的三维效应。结果表明,本文提出的入水砰击载荷预报方法计算效率高,具有推广应用到预报复杂三维船首结构砰击问题的潜力。

涌浪环境下大型起重船吊装上部组块耦合运动响应模型试验研究

针对东海海域涌浪环境,选用“蓝鲸”号起重船为研究对象,开展了系泊情况下吊装上部组块运动响应的水池模型试验研究。采用双峰谱不规则波模拟涌浪,针对不同吊高参数测量起重船和上部组块的耦合运动响应;采用谱分析方法对能量频谱分布特性进行了研究,并与单谱峰波浪下的运动响应进行了对比,揭示了其耦合响应机理。研究发现涌的长周期容易接近上部组块的纵荡自振周期,会引起上部组块的纵荡共振,导致上部组块纵荡运动剧烈,不能满足安全作业的要求。研究成果可为涌浪环境下系泊起重船吊装组块作业提供指导,提高海洋平台的安装施工效率以及作业安全性。

专家PID与SQP算法在动力定位船模试验中的应用

开发一套船模试验动力定位控制系统,系统控制器基于低通+陷通滤波算法、专家比例-积分-微分(Proportional Integral Differential,PID)控制算法、序列二次规划(Sequence Quadratic Programming,SQP)算法设计而成。将该系统应用于风浪中动力定位船模试验,测试船模运动、7个全回转推进器推力和角度响应,结果表明该控制系统具有合理性和有效性。

温肾散寒法合粗盐热敷治疗强直性脊柱炎15例

强直性脊柱炎是脊柱关节炎常见的临床类型。笔者在跟随高祥福教授临床治疗过程中,遇到15例不能耐受生物制剂治疗的强直性脊柱炎患者,运用温肾散寒法配合粗盐炒热后热敷脊柱和肾俞穴治疗,取得令人满意的疗效,现报告如下。1一般资料15例患者中男性10例,女性5例;年龄最大者44岁,最小者20岁,平均30.56岁;病程最短者6个月,最长者36个月,平均22.5个月。