锚泊浮式结构波浪上运动的频域算法

介绍一种计算系泊浮式海洋结构在波浪上运动响应的方法 ,与一般现有的系泊结构动力计算方法不同 ,它是应用频域法考虑了系泊系统与结构运动间的动力偶合 ,特别是应用二阶摄动方程 ,解出系泊浮式结构系统的二阶慢荡运动 .该方法能正确地确定慢漂运动、低频锚链力等在工程设计中感兴趣的数据 ,适用于油轮、半潜平台、转塔式 FPSO以及张力腿平台等各种型式的浮式结构和系泊方式 .程序的计算结果经过了大量的与相应模型试验结果的校核 .表明所给出的结果可靠 .

应用路径积分法解船舶倾覆概率问题

横浪情况下的倾覆 ,只在严重海浪下才会发生。因此是一个强非线性问题。可以采用首次通过的概念来研究。为此 ,必须求出随时间演变的概率密度分布函数。通常可应用在时间域内解相应的Fokker-Planck方程的方法求取。由于这一方程求解比较困难。一个较有效的办法是应用路径积分法。但这一方法原理上是一个近似方法。是否可用于解首次通过尚待考核。本文主要讨论求解船舶横对随机波的倾覆概率时 ,用路径积分法解一次通过问题的可用性。文中对假想的船舶在白噪声波上的倾覆 ,用路径积分法和有限差分法两种方法求解。两种方法得出的倾覆前时间(一次通过时间)的概率分布基本相同。

振荡圆柱流体动力系数测量

本文介绍应用光滑柱体在静水中作简谐振荡,测量振荡流中的圆柱流体动力系数的试验研究。试验是在上海交通大学流体力学试验室的水槽中进行的,应用直径为0.10、0.08.0.06、0.04、0.02米的圆柱,作频率为0.125到0.25赫兹的大振幅振荡,测量其水平方向和垂直方向的力。对测量得到的流体动力时间历程进行的分析表明,这一类测量方法,可以得到和Sarpkaya应用U型管测量得到的相同精度的结果。

船舶甲板上浪横摇的时域模拟

本文应用数值模拟方法,计算了一艘中型船舶在规则波及随机波中,考虑甲板上浪和不计上浪两种情况下的横摇运动。为了考察初稳心高度在计及和不计甲板上浪两种情况下的影响,考虑了三种不同的初稳心高。计算结果表明,对于横摇运动,计及上浪和不计上浪,在高波浪情况下会有较大差异,特别对具有小初稳性船的情况,甲板上浪会导致倾覆。这说明对小型船舶,甲板上浪这一因素,在船舶的安全性中是必须考虑的。

甲板上浪与船舶横摇计算

本文介绍了船舶在甲板上浪后,甲板上水的运动和船横摇运动的计算方法。应用这一方法,并与切片理论相结合,可以在时域内比较真实地计算船舶在甲板上浪情况下的横摇运动。文中作为简化,仅考虑柱形船模在波浪中的横摇,但这一方法可以很容易地用切片方法计算实际的船型。

有关船舶倾覆概率问题的讨论(英文)

本文从横摇运动微分方程出发 ,结合随机微分方程理论 ,讨论了船舶在横对随机波时的倾覆概率问题。可以看出关于船舶在随机波上倾覆概率问题目前提出的几种方法间的联系。最后用Fokker-Planck方程解出了随时间演变的概率分布函数 ,分析了倾覆问题。

迎浪船舶的参数横摇分析

该文建立了三维非线性时域模拟运动方程;应用泰勒展开得到参数共振项系数;基于势流理论给出了非线性运动方程中来波影响项系数的确定方法。分析了发生参数横摇的范围和幅度;对船舶在不同波高、不同遭遇频率下的参数横摇幅值进行了系列预报,得到船舶参数横摇的发生区域图。

内部转塔锚泊生产储油船的发展研究

内部转塔锚泊生产储油船是海上石油浮式生产系统适用于深水及恶劣环境条件的一种新型生产系统。本文对锚泊系统的动力分析、转塔装置的性能研究、生产储油船船型设计研究、系统模型在风浪流水池中的系泊试验、船体结构的强度分析等基本问题进行了比较全面的综合性研究。研究结果表明,此种生产系统对我国近海油田非常适用,在技术上也是完全可行的。

铰接板的水动力计算与运动响应

用三维势流理论分析了两个铰接的单体在波浪的作用下所受的水动力和各自的运动响应 .所用的格林函数自动满足自由面条件和底部边界条件 ,因此只需在物体平衡位置的湿表面布置源汇 .给出了在横浪作用下两个单体的横摇和垂荡的响应曲线 .计算与试验结果的比较表明 ,所采用的计算方法是合理的 ,可以为研究波浪中两物体的相互作用作参考 .

垂荡板水动力的数值模拟

将计算垂荡板的水动力问题简化为二维竖直平板的绕流问题 ,计算了在各种来流情况下垂荡板的受力 ,给出了在计算模型下流场后尾涡片的发展图景 .与试验结果对比后发现 ,尽管计算模型和试验时的三维模型差距很大 ,但只需要调整计算条件 ,计算结果与试验结果即可较好地吻合 .这表明 ,在类似的情况下对于不同形状的平板 ,存在可以简化到二维的可能 .

单点系泊海洋资料浮标的动力分析

本文在静力计算的基础上，应用三维势流理论数值计算程序计算浮标体的附加质量（矩）、阻尼系数和所受波浪力。采用美国数据浮标中心（NDBC）提出的分析方法，即将锚泊线动力方程线性化，并考虑到锚泊线与浮标体之间相互耦合的关系，在频率域中对单点系泊浮标进行了动力分析。文中还提出了当锚泊线中间有集中质量（悬挂重量或浮球）时相应的处理方法，因而不仅适用于简单的单点系泊浮标的动力分析，也适用于水平系泊浮标的动力分析。文中对三种典型的海洋资料浮标进行了考核计算，计算结果与试验结果比较有较好的一致性。

浮式塔的动力计算

采用频域二阶摄动法研究了浮式塔在给定环境条件下的动力响应 .计算了浮式塔在不规则波上的一阶运动响应函数和运动谱以及张力谱 ,同时进行了相应的模型试验 .由结果的比较可以看出 ,试验结果与理论方法计算得到的结果吻合较好 .计算结果表明 ,波浪的二阶作用对浮式塔的低频纵荡有影响 .

随机波浪作用下的船舶倾覆

本文运用Thompson等提出的“安全池破损（safebasinerosion）”理论研究不规则波浪作用下的船舶倾覆问题。安全池表征在外载荷的作用下，船舶经历足够长时间后不发生倾覆的初始条件范围。随着外载荷强度的变化，安全池的特性，包括安全池的面积和形状，将逐渐变化。但最重要的是，当外载荷强度超过某一阈值后，安全地会发生急剧的变化：其边界将具有分形的特点，安全池的而积也将急剧减小。这就是所谓的“安全池破损”现象。Thompson等发展了船舶在规则波作用下的安全池破损理论，其工作的意义在于，由于新发现的“安全池破损”现象，我们将不得不重新认识船舶倾覆的机理。由于“安全地破损”现象，当外载荷的强度超过某阈值时，船舶实际上已经处于危险区。通常，这些阈值往往远小于根据常规方法所确定的倾覆条件。本文运用安全池破损理论研究了由两个正弦波组成的波群和随机波作用下的船舶横摇。从中我们会看到规则波和不规则波作用下的安全池特性。我们希望本文的工作对船舶倾覆判据的确定能有所帮助。

锚泊线的动力分析

本文应用频率域方法，研究波频运动引起低频慢荡阻尼力问题中锚泊线所引起的力。锚泊线所引起的阻尼，在本质上与其和运动间的初相位角有关。该相位信息需从频域分析得出。本文应用摄动理论推导了到二阶的锚泊线张力响应函数。算例以及与相应的时域的结果比较，可以看出应用频域摄动分析的结果在假设适用范围内与时域得到的结果基本相符。

深海几何形单柱式平台的运动分析

基于三维源法和Pinkster近场法分析了几何形单柱式平台(Geometric Spar)的运动特性,计算了其在不同频率下的水动力系数、一阶波浪干扰力(力矩)和二阶波浪慢漂力(力矩)以及一阶运动响应,平台上加装的垂荡板根据Morison公式计算.将理论得到的纵荡、垂荡和纵摇运动的一阶运动响应函数、运动谱以及统计值与相应的试验结果进行了比较,试验中浪向角180°,波浪采用西非的极限波浪.结果表明:理论值与试验结果符合较好;几何形单柱式平台纵摇运动的低频分量不可忽略;平台八角形的截面形状加上垂荡板使得这种柱型平台在深海开采中具有一定的优势.

三阶摄动对锚泊线动力分析的影响

本文研究了作用在锚泊线上的水动力表达式中三阶项对锚泊线动力分析的影响。由于慢荡运动的特性，可以认为对于系泊结构物，二阶摄动已经包含运动的主要部分。但水动力的表达式对其平衡位置反对称，在表达式中只有线性项存在。为了研究水动力的非线性是否对锚泊线的动力产生影响，本文推导了三阶摄动方程，并用推导的三阶理论进行了理论研究。对计算结果的分析，可以发现三阶摄动在低频范围内对锚泊线的动力分析影响不大。

锚泊线一阶运动响应对二阶锚链阻尼的影响(英文)

本文主要研究锚泊线的一阶运动响应对二阶锚链阻尼的影响。在频域内采用摄动方法分析系泊结构物慢漂运动时 ,锚链二阶方程可分解成非齐次方程和齐次方程。其解分别与锚链的一阶运动响应和浮式结构物的二阶运动有关。为了探讨锚泊线一阶运动的影响 ,本文通过求解非齐次和齐次方程 ,分别求得相应的二阶锚链阻尼和二阶锚链力。从计算结果可以看出 ,尽管由非齐次方程得到的二阶锚链力占总的二阶锚链力成分很小 ,但其所提供的二阶锚链阻尼却与二阶齐次方程解同量级。故在分析二阶锚链阻尼时 。

随机波浪作用下船舶倾覆前持续时间的研究

本文建议采用在随机波作用下船舶保持不倾覆状态所能持续的时间作为表征船舶稳性的指标。由于波浪外载荷随机性的特性 ,这一持续时间是一个随机变量 ,和某一概率相联系。本文运用马尔科夫过程理论和首次通过的概念研究确定这一持续时间和相应的概率。并将理论计算的结果与模型试验的结果进行了比较 ,两者之间有较好的吻合。

带控制变量的非线性自回归滑动平均模型在锚泊线动力分析中的应用

根据带控制变量的非线性自回归滑动平均(NARMAX)模型理论,建立了锚泊线的系统模型.该模型在进行系统识别时,将锚链上端点的运动时历作为系统的输入,锚泊线张力时历作为系统的输出,识别后得到的系统表达式可以用来预报锚泊线张力的时历.将模型预报结果与原时历进行比较,结果表明,NARMAX模型预报效果良好.

双频率锚泊线动力分析

本文比较详尽、全面地介绍了一种求解锚泊线动力响应的方法,即将锚泊线的非线性基本运动方程应用摄动法展开,并考虑了运动过程中由于锚泊线位置的变化所引起的对动力响应的影响,得到一阶和二阶的线性偏微分方程。并将此两方程在频率域内求解,得到一阶和二阶频率响应函数,再用傅里叶变换求得脉冲响应函数,将脉冲响应函数与输入卷积,即得锚泊线动态时历响应。为了验证这种方法,作者在上海交通大学流体力学实验室的水槽中进行了模型试验,并与理论结果相比较,两者获得了很好的一致。