海上浮圈结构在规则波下的频域水弹性响应

运用水弹性理论分析浮圈结构在波浪作用下的弹性变形,并考察浮圈尺寸、吃水、弹性模量及环境参数对浮圈垂向变形幅值的影响。采用离散模块-梁单元(Discrete-Module-Beam,DMB)方法对浮圈进行水弹性分析。将浮圈离散为若干个刚性子模块,运用多刚体水动力学理论计算作用于浮圈的水动力载荷,并用曲梁理论计算浮圈结构的整体变形。结果表明:浮圈不同位置的垂向变形有明显差异,在波浪传播方向首尾两端的变形幅值明显大于中部,且这一特点随入射波频率的增加更加明显;在高频段浮圈的整体变形幅度随直径比和弹性模量的增加而减小;吃水对浮圈垂向变形幅值的影响相对较小,其主要作用体现在加剧了迎浪点垂向变形幅值曲线在高频段的振荡现象;水深变化对浮圈垂向变形的影响在不同位置和不同频率下呈现出差异性。

波浪作用下铰接式层合浮体的水弹性响应研究

在工程设计中,通常采用模块化方式制造超大型浮式结构物,将巨大的单体结构分割成多个较小模块,后期通过合适的连接器拼装形成。为了明确多模块超大浮体在波浪作用下的水弹性响应,以两个相邻层合浮体(高刚度面板和低密度芯材)为研究对象,建立波浪作用下铰接层合浮体水弹性响应的高阶势流模型。采用匹配特征函数展开法求解流体运动的速度势,探讨了铰接处弹簧刚度对浮体的反射系数、透射系数、挠度、弯矩和剪力的影响规律。研究结果表明:迎浪侧浮体的存在可以有效降低背浪侧浮体的挠度、弯矩和剪力幅值;与垂直弹簧相比,扭转弹簧刚度的增加可以更加有效抑制铰接层合浮体的水弹性响应;当扭转弹簧刚度大于一定值时,继续增大弹簧刚度对浮体的动力响应不产生影响。

箱式超大型浮体结构在规则波中的水弹性响应研究

利用三维线性水弹性理论研究了箱式超大型浮体结构在正弦规则波中的动力响应 ,用Bernoulli Euler梁解析解计算结构在真空中的动力特性 ,用弹性体三维势流理论计算结构的水动力系数。浮体结构在单位波幅规则波中的刚体运动幅值与DNV/WADAM程序的计算结果进行了比较 ,并给出了垂向弯曲模态的位移、弯矩随波浪频率的变化规律。由于箱式浮体结构的低阶固有频率很低 ,相应的弹性振型的响应与刚体运动耦合 ,结构在波浪中没有发现明显的低阶弹性模态谐振。

不同干结构模型对箱式超大型浮体结构水弹性响应的影响

三维线性水弹性力学利用结构在真空中弹性振型的正交性 ,对结构振动进行模态分析 ,用弹性体三维势流理论计算结构的水动力系数。因此 ,结构的干模态计算是十分重要的。应用三维线性水弹性理论研究箱式超大型浮体结构在波浪中的动力响应时 ,分别采用梁模型和三维空间有限元模型计算结构的干模态 ,并且采用同样的水动力模型 (弹性体三维势流理论 )

箱式超大型浮体结构在不规则波中的水弹性响应

箱式超大型浮体结构的水平尺度很大 ,结构的相对弯曲刚度大大下降 ,它在海洋环境中的水弹性响应必须考虑 .此外 ,其设计寿命远远超过一般的船舶和海洋工程结构物 ,从结构设计的角度出发 ,需要预报结构在整个生命期内可能受到的波浪诱导弯矩以及结构的应力 .为此 ,在应用三维线性水弹性理论计算得到浮体结构动力响应传递函数的基础上 ,进行了结构动力响应的短期预报和长期预报 .计算结果表明 ,浮体结构的垂向弹性变形与刚体升沉运动幅值相当 ,波浪诱导弯矩和应力的长期预报值均较大 .

典型高速船的非线性水弹性响应

给出了舰船结构的水弹性分析的通用公式,分析了典型高速船的水弹性响应,将总响应分为线性和非线性,前者用线性势流理论计算,后者用船体-流体系统脉冲响应函数的卷积积分和水动力非线性修正得到.计算表明线性解答过高地估计了共振点刚体运动,从而导致弯矩预报不准确,而非线性模拟的中拱/垂弯矩均与实验吻合较好.

超大型浮式储油船的水弹性响应预报

海上石油储备基地的主要结构—超大型浮式储油船属于超大型浮式结构物(VLFS),对其水弹性响应分析是研究设计中的一个重要环节。采用正弦振型函数,将结构运动产生的辐射势及水弹性响应根据模态形式进行展开叠加,然后通过对边界积分方程应用三维势流理论中的格林函数法,其中由于结构的对称性,只建立储油船的1/4数值模型,求出速度势及流体压力,最后将其代入结构水弹性运动方程。探讨了广义水动力参数随水深和相对波长的变化规律,进一步计算不同水深及波长时储油船的水弹性响应、底板变形及其内部弯矩,为今后的研究提供理论依据和方法。

结构刚度变化对船舶水弹性响应的影响

水弹性力学是研究水动力、惯性力和弹性力之间相互作用的力学分支。本文利用三维线性频域水弹性程序计算了某船在单位幅值正弦规则波中的水弹性响应 ,在结构质量分布不变的前提条件下 ,研究了结构刚度变化对结构水弹性响应的影响 ,得到了一些很有价值的结论。

结构刚度变化对箱式超大型浮体结构水弹性响应的影响

结构刚度改变会导致结构固有频率变化和结构广义刚度的变化,必然会对结构在波浪中的水弹性响应产生影响。本文在某箱式超大型浮体结构单位幅值正弦规则波和不规则波水弹性响应计算的基础上,假定结构质量分布不变,研究了结构刚度变化对箱式超大型浮体结构水弹性响应的影响,得到了一些有价值的结论。

超大型海洋浮式结构物水弹性响应预报的研究现状和发展方向

超大型海洋浮式结构物在未来的海洋资源开发和海洋空间利用方面有重要应用前景 ,但它在波浪中的水弹性响应是该结构物设计过程中所遇到的一个重要技术问题 ,国际上在这方面已做了大量的研究工作。本文比较全面地介绍了国内外关于VLFS在波浪中的水弹性响应的研究现状 。

超大型FPSO原油质量分布模拟与水弹性响应研究

FPSO在近海油气田开发中得到了越来越广泛的应用。大多数在渤海海域服役的FPSO工作在浅水海域。主尺度大与水深吃水小,直接导致FPSO水动力特性与深水条件下船舶的水动力特性有较大区别,因此采用水弹性理论研究超大型FPSO在浅水中的运动与波浪诱导载荷响应具有重要意义。浅水超大型FPSO满载时原油重量将近占载重量的80%,因此如何正确模拟原油重量分布对干结构的固有频率、广义质量和振型的计算非常重要。本文建立了基于三维水弹性理论的数值模型,开发了有限水深复合格林函数的数值计算程序模块,对一艘300KDWTFPSO在特定水深海况下的运动与波浪载荷响应进行了研究;同时采用三种方法模拟了原油质量分布。计算结果表明,不同的原油质量分布模拟方法对水弹性计算分析影响很大。

用直接法分析超大型浮体的水弹性响应

探讨了浮舟桥型超大型浮体结构的水弹性响应分析问题。将超大型浮体结构简化成弹性平板模型,用压力分布法计算流体压力,用直接法计算流体-结构系统,给出了它们的数学计算模型。计算表明本计算方法和程序是正确的,并能保证充分的精度,进而计算了更大尺度的超大型浮体,分析了波长、波向等对响应振幅的影响。

THAFTS在大型散货船水弹性响应中的应用

随着船舶主尺度的增加,在进行船舶运动与波浪载荷分析时,为了考虑船体弹性变形与流体运动的相互作用,有必要采用水弹性分析方法。采用中国船舶科学研究中心开发的三维水弹性软件THAFTS对大型散货船的水弹性响应进行研究。首先,采用有限元方法分析了船体在真空中的固有频率和振型;然后基于模态叠加原理,计算了船体在波浪中的运动和水弹性响应,并讨论了航速对波浪载荷的影响;最后探讨了波激振动对船体结构疲劳损伤的影响,所得结论对于大型船舶的结构设计具有重要的参考价值。

弹性浮板在周期集中载荷作用下的水弹性响应

基于线性水波理论和Mindlin厚板动力学理论,采用Wiener-Hopf方法,研究了水面上浮动弹性平板受周期集中载荷作用下的水弹性响应。流体被假设为不可压理想且等深,流动有势。首先分析求解了两种区域(自由水面下区域和浮板下区域)内等深流场的导波问题。而后将原来混合边值问题的求解归结为求解无穷线性代数方程组的问题。其次,采用该方法研究了三种周期集中载荷激励下浮板上挠度和动弯矩幅值的分布情况;最后,对浮板上挠度幅值分布与不同周期载荷的作用点的关系进行了研究。

超大浮体在二维不均匀底部上的水弹性响应

为了研究不均匀的海底环境因素对超大浮体结构响应的影响 ,分别用线性长波理论和薄板理论来模拟波浪场和结构物的位移响应 ,建立耦合的运动响应方程 ,同时求解二维波浪场和板条梁的位移响应 .以斜坡、椭圆面和正弦变化曲面等 3种不同的二维底部形状为例 ,计算了二维不均匀的底部上超大型浮式结构物水弹性响应 ,并通过与底部平坦时的结构响应相比较 ,讨论了不均匀的底部对结构响应的影响 .实例结果显示了当底部升高和底部下降时关于位移响应变化的一致性规律 .

预报超大型浮体水弹性响应的模态函数展开方法和特征函数展开方法比较

超大型海洋浮式结构物对于开发海洋资源和利用海洋空间有着很大的实用价值,目前国际海洋工程界已掀起了研究超大型浮式结构物的热潮,如何计算浮体结构在波浪中的水弹性响应是设计过程中的一个非常重要的技术问题。Wu,C.,Watanabe,E.andUtsunomiya,T.(1995)提出了利用平板模态函数展开方法预报超大型浮体的水弹性响应［1］;Kim,J.W.andErtekin,R.C.(1998)提出利用特征函数展开方法预报超大型浮体的水弹性响应［2］。本文对这两种方法进行了系统的比较,分别根据这两种方法计算了浮体结构的挠曲变形及弯矩、剪力的分布,并探讨了不同参数对于水弹性响应的影响。

底部呈二维缓变情况下超大型浮体水弹性响应的两种计算方法比较

超大型浮体在海洋资源开发和海洋空间利用方面有重要应用前景。非均匀海洋环境中的水弹性响应是其应用中的一个重要问题。在近海中最典型的非均匀海洋环境当属由于底部变化引起的非均匀现象。本文分别采用多重尺度法(零阶近似)和常规的有限水深势流格林函数边界积分法,对底部呈二维缓变情况下超大型浮体的水弹性响应问题进行了研究和对比,并与实验工况进行了对照。两种方法与试验结果吻合较好,证明非均匀海洋环境确实对超大型浮体的水弹性响应具有一定的影响。

时域内规则波作用下竖直板的水弹性响应

在线性势流理论下,采用模态叠加法,通过傅里叶变换和拉普拉斯变换推导了波浪冲击作用下弹性板振动的时域耦合方程,并利用二阶隐式荣格库塔法求解。在对比得知与其他方法结果完全吻合基础上,分析了竖直板初始弯曲释放后,板的边界条件和刚度系数对板振幅以及辐射波高的作用,最后对入射波长对板的振动及辐射波高影响进行了研究。结果表明板的刚度和边界条件对水弹性响应有很大的影响。

预报超大型浮式结构物水弹性响应方法的比较(英文)

超大型海洋浮式结构物(VLFS)在利用海洋空间和开发海洋资源方面有着很大的实用价值。但如何精确有效地计算和预报其在波浪中的水弹性响应是设计过程中的一个非常重要的技术问题。目前,很多学者提出了不同的简化方法来预报VLFS的水弹性响应。文章全面地介绍了关于计算VLFS水弹性响应的解析方法和数值方法的研究现状,并将相应的数值结果与已有的试验数据相比较,进行了分析讨论。

基于CFD-FEM的浮式结构水弹性响应数值模拟

开发并验证了一种基于CFD-FEM耦合的弹性浮体水弹性响应计算模拟方法。采用CFD方法建立黏性数值水池模拟非线性波浪,弹性浮板进行有限元离散,并在交界面进行数据交互实现耦合计算;通过与水池试验数据和三维板理论在各种波浪环境下的浮体垂向位移结果对比,证实CFD-FEM耦合方法的有效性。并进一步研究了浮板的厚度、入射波波幅和浮板的三维效应对浮板水弹性响应的影响。结论表明,波幅的增加会加剧弹性浮板的水弹性响应,浮板各点处的垂向位移随波幅的增加而增大;当浮板厚度改变时,不同厚度浮板自由端处的垂向位移差异较小,而在中部等位置处,厚度对浮板的水弹性响应有较大的影响。