多连通域浮式平台波浪载荷水池模型试验研究

大型多连通域浮式平台的典型代表是大型海上旅游浮式综合体,依据概念设计,开展大型多连通域浮式平台的波浪载荷水池模型试验研究,试验对不同海况下4种典型多连通域浮式平台方案进行波浪载荷测量,包括剖面的垂向弯矩、水平弯矩和扭矩等,通过观察试验现象和分析测量数据,获得了不同方案大型多连通域浮式平台的波浪载荷特性。试验结果表明:由于平台质量大、振动阻尼大,所以高频载荷成分小;平台在自由状态下载荷值基本都小于平台只释放垂荡状态载荷值;在方案四高波高状态下,平台波浪载荷的高频成分包含了波浪的非线性、约束柱与平台之间的耦合、平台自身的高频振动等。研究成果可为大型海上旅游浮式综合体的结构设计提供设计载荷输入,支撑平台的强度校核评估。

内河大型双体客船波浪载荷试验及仿真预报

针对某内河大型双体客船,开展波浪载荷的模型试验和仿真预报研究。建立双体船波浪载荷预报的水动力仿真分析模型,获得双体船的垂荡、横摇、纵摇等运动响应特性,以及剪力、弯矩、转矩等波浪载荷沿船长方向的分布特征,研究航速对波浪载荷的影响规律。设计加工双体船缩尺模型,开展了波浪不同波长和浪向角下的载荷试验研究,并将仿真结果、试验结果进行比较,吻合较好。

OC4漂浮式风电平台的水弹性响应及波浪载荷研究

漂浮式风电平台在波浪中的摇晃运动会导致塔架根部产生很大的弯矩,极大地威胁平台结构安全。同时流体的附连水质量效应对平台塔架结构的动响应有着较为显著的影响,因此充分考虑这种流固耦合效应有利于更加准确地评估平台塔架的结构动响应。采用三维频域线性水弹性方法计算塔架在流体作用下的结构共振频率特征以及各阶模态振动的主坐标响应特性,然后通过弹性模态叠加法获得塔架的弯矩载荷。并结合概率学手段,预报了短期极限海况下塔架弯曲载荷响应,为新一代漂浮式风电平台结构安全性评估和方案设计提供了技术支撑。

带月池船舶的波浪载荷计算研究

由于“奋力号”打捞船的用途特殊、自带开底月池且L/B>5及B/D≤2.5,已不满足采用规范公式计算波浪载荷的条件,故需进一步用直接计算的方法确定其波浪载荷。以“奋力号”为例,简要介绍利用三维频域线性水动力计算软件SESAM,计算“奋力号”在调遣和工作工况时,波浪弯矩和波浪剪力的长期及短期预报值,并与规范公式计算的波浪弯矩剪力值进行对比,为后续“奋力号”全船结构强度有限元分析中波浪载荷的施加提供依据。

波浪载荷下探井隔水导管力学特性研究

隔水导管是自升式平台进行海上作业的基础结构。然而,循环的波浪载荷会使隔水导管产生过大的横向位移和弯矩,进而导致其失效。本文结合Morison方程以及美国石油学会(American Petroleum Institute, API)规范中的p-y曲线,建立了井口到海底的隔水导管的分段力学模型,创新性地提出了将隔水导管简化为两端简支梁的多点边值问题的求解方法,将控制方程转化为一阶微分方程组,然后通过MATLAB求解计算,验证了本文理论推导和求解的正确性,最后对影响隔水导管力学性能的关键参数进行了分析研究。所得结论进一步提高了隔水导管理论模型的计算精度和对工程设计的有效指导作用。

小方型系数船舶的船体波浪载荷综合研究

由于其特有的船型,其特有的波流场及结构特征给其带来了很大的困难。本文从波浪流场特征、船体结构特征和船体波浪荷载试验三个方面,对小方型系数船在波浪荷载作用下所受波浪荷载进行了全面的研究。本项目拟从结构优化设计、材料选择、控制技术等几个角度,对小方型系数船在波流作用下的动力特性进行研究。本项目的研究成果将为小尺寸船型的船舶在复杂海况下的行驶安全与舒适性能的提升奠定基础。

双体趸船波浪载荷与结构强度分析

双体船船体结构形式较为特殊,导致其连接桥结构承受极大的弯矩和扭矩,准确预报双体船所受波浪载荷并进行强度评估是双体船研究的热点。以双体趸船为研究对象,建立了水动力模型和质量模型,对2种典型装载工况下的最大总纵波浪弯矩,总横波浪弯矩和总横波浪扭矩进行了长期预报。建立了全船有限元模型,计算了12种载荷组合工况下双体船连接桥屈服强度,采用简化公式法计算了屈曲强度,并提出了增大屈曲安全因子的方法。计算结果表明,本船在波浪作用下的结构强度满足规范要求。本船的总纵强度相对较弱,这与本船瘦长的结构形式有关。文中的计算方法对超尺度比双体船波浪载荷预报和结构性能评估有较大的参考价值。

舰船波浪载荷响应特性及砰击载荷影响因素分析

目的获取波浪载荷特征,提供准确的设计载荷输入,为舰船结构设计服务。方法采用波浪载荷水池模型试验和理论预报对比的方法,给出波浪载荷传递函数响应曲线,验证理论预报结果的正确性。基于长期预报结果,分析波浪载荷沿船长的分布规律,通过改变超越概率和舰船装载状态,研究二者对波浪载荷的影响。基于模型试验结果,阐释航速引起的砰击弯矩的变化规律。之后,通过改变舷侧外伸平台的宽度、角度、高度等参数,分析参数变化对砰击载荷的影响,揭示波浪载荷的变化规律。结果模型试验结果同理论预报结果吻合较好。垂向剪力、扭矩长期预报结果沿船长呈现双峰值形状,垂向弯矩和水平弯矩长期预报结果沿船长呈现抛物线形状,波浪载荷长期预报结果随超越概率呈大致线性变化关系。大波高、高航速试验工况下,船体弯矩呈现特别明显的非线性特征,舷侧外伸平台宽度越大、角度越小、高度越低,砰击载荷就越严重。结论波高、航速等对砰击弯矩的影响显著,舰船在使用过程中,若要减少砰击的发生,可考虑规避大浪和主动减速。在舰船结构设计阶段,若要减小舷侧外伸平台产生的砰击载荷分量,应从平台的大小、位置、角度等参数的设计确定入手。

大型船舶波浪载荷预报研究

根据现有的关于大型船舶的相关资料和海浪统计资料,采用三维时域计算方法,对船体运动和波浪载荷开展计算,然后进行傅里叶变换,转换成频域结果,最后进行长期预报。运动包括垂荡、纵摇等,载荷包括各剖面的垂向剪力、垂向波浪弯矩、水平弯矩和扭矩等。根据文中计算结果,可给出该大型船舶的波浪载荷特征,为该船的总强度评估和结构优化设计提供基础。

长峰与短峰不规则波对船舶运动与波浪载荷的影响分析

[目的]为了研究真实三维海况短峰波中船舶运动与波浪载荷响应,克服现阶段二维长峰波假设的思路束缚,提出一种短峰波中船舶运动与波浪载荷的预报方法。[方法]基于频域谱分析法和概率统计法,预报二维长峰不规则波及三维短峰不规则波中船舶运动与载荷响应的短期及长期统计值,并分析短峰波方向函数对船舶运动与载荷响应的影响。随后,基于水池模型试验和大尺度模型海上试验,对比验证长峰与短峰不规则波中船舶运动与载荷短期响应谱及概率统计值的差异性。[结果]结果显示,在同等级海况下迎浪航行时,长峰波会夸大船舶的载荷响应统计均值,而低估真实海浪下的极值载荷;二维长峰波中的船舶运动及加速度能量集中在某一频率附近。[结论]船舶在真实三维海浪中的运动与载荷响应与二维长峰波中的响应存在显著差异,短峰波方向函数对船舶运动与载荷响应有着显著影响。

基于AutoML的低频波浪载荷智能预报方法

为了更加高效和准确地计算船舶在不同航速、海浪周期、波高及浪向角下任意剖面位置的低频波浪载荷响应,将贝叶斯优化算法和深度神经网络结合建立基于自动化机器学习(Auto ML)的波浪载荷智能预报方法。将拉丁超立方抽样(LHS)、数据处理与分析、切片理论和深度神经网络结合建立低频波浪载荷智能预报(LFWLIP)方法,探讨LHS方法和数据处理方法对LFWLIP模型计算精度的影响。利用基于Auto ML的低频波浪载荷智能预报方法对某船进行应用,通过优化得到自适应的网络模型超参数。结果表明:贝叶斯算法能够自动优化LFWLIP模型的损失函数,机器学习无需人工调参即可得到最优的批量大小、学习率、激活函数和隐含层结构。经验证,基于Auto ML的低频波浪载荷智能预报方法能够高精度地评估全域空间中的船舶低频波浪载荷。

船舶波浪载荷和波激振动的影响要素研究进展

随着船体尺寸的增长和新型浮式结构物的出现,新船舶与海洋工程规范对波浪载荷设计值的要求越来越严。目前,重要设计值主要通过数值预报、水池模型试验和实尺度船舶测量等手段确定。在进行波激振动和水弹性响应的数值预报时,应考虑众多复杂影响因素,包括结构建模方式、数值方法和非线性效应等。文中对这些关键因素进行了总结和分析,并展望了未来技术发展趋势,指出船舶高速航行时波浪载荷数值预报结果与模型试验数据之间仍存在一定差异。在计及非线性效应、高阶响应和高航速等因素时,十分有必要通过不同数值计算程序与多种船型试验数据之间的交叉对比研究来提高波浪载荷及波激振动响应的预报精度。

波浪载荷直接计算的开体泥驳甲板铰链载荷设计方法

开体泥驳甲板铰链构件尺寸由直接计算确定,常规的开体泥驳甲板铰链设计中,存在载荷取值主观性大、海况影响考虑不准确、应力衡准困难等问题,采用基于波浪载荷直接计算的开体泥驳甲板铰链设计方法可以较好地解决上述问题。使用该方法对1艘1800 m^(3)沿海自航开体泥驳的甲板铰链进行计算分析,根据计算结果进行甲板铰链疲劳寿命估算。结果表明,甲板铰链的高应力区出现在眼板与轴承支座的过渡处和铰链眼板自由边的中间部分,斜浪状态下波浪载荷对甲板铰链的影响最大,在开体泥驳甲板铰链的结构设计中应重视这类问题。

水陆两栖飞机波浪载荷数值模拟

针对水陆两栖飞机在波浪状态下的强非线性运动响应及安全起降需求,采用空气动力和水动力耦合求解并结合动力学平衡方程对飞机的波浪滑水载荷进行计算。采用雷诺平均N-S方程和SST k-ω两方程模型求解非定常流场,流体体积分数法(VOF)捕捉自由液面,并与模型试验结果对比验证数值方法的可靠性。基于上述方法,研究了速度、波长、波高等参数对滑水载荷的影响规律,结果表明:滑水载荷随波高的增大而增大,但不同波高状态下的载荷差异性随波长的增加呈逐渐减小的趋势;滑水载荷与速度呈正相关;滑水载荷峰值一般发生在1.2~1.8倍机身长的短波状态,随着波长的增加,飞机的载荷逐渐减小,当波长大于4倍机身长后,飞机的载荷值趋于收敛。

基于Rankine源方法的高速船舶波浪载荷计算

高速船舶具有良好的机动性,与陆上环境相比,水上环境复杂,安全管理及环境保护都有特殊性,加强高速船舶波浪载荷计算,维系船舶的正常运行显得尤为重要。本文基于Rankine源方法,对高速船舶的波浪载荷进行相关计算,提升算法优势,进而提高水上客运及水上娱乐的安全性。

水深对超大型FPSO运动响应与波浪载荷的影响

使用挪威船级社(DNV)的SESAM程序系统计算了不同水深时超大型浮式生产储油系统(FPSO)的运动与波浪载荷传递函数,并对船舯弯矩进行了长期预报.结果表明,在波长船长比为0.1～1.0内,随着水深的变浅,垂荡、纵摇和横摇运动幅值减小,船舯弯矩幅值增大,而且水越浅,船舯弯矩值增大也越明显.

两种典型深水半潜式钻井平台运动特性和波浪载荷的计算分析

GVA7500平台和F&GExD平台是具有不同横撑结构的两种典型深水半潜式钻井平台。为了研究结构形式对半潜式钻井平台运动特性及波浪载荷的影响,利用三维水动力模型,采用复合模型计算方法,对两种平台在生存状态下的运动特性及波浪载荷进行了分析,计算分析采用SES-AM程序系统。分析结论对深水半潜式钻井平台的结构选型具有参考意义。

运用NASTRAN进行波浪载荷作用下船体强度分析

充分利用MSC公司的PATRAN和NASTRAN软件,结合自编程序实现波浪载荷作用下的全船准静态强度分析.船体总不平衡力以及结构的总质量,质心位置,主转动惯量,主惯性轴的方向等参数利用PATRAN和NASTRAN的现有功能可以得到;利用自编程序,计算出波浪载荷下各节点的平衡惯性力,以合适的格式添加进bdf文件,并提交NASTRAN进行全船准静态强度分析.算例表明上述方法可以实现惯性力的计算和施加,从而拓展了NASTRAN软件在船体结构准静态分析中的应用.

波浪载荷导致黄河口潮坪沉积物垂向运移现场观测研究

2005年8月7～8日，现代黄河三角洲刁口地区经历了一次由台风“麦莎”引起的风暴潮过程。通过对比分析风暴潮前后受保护潮坪滩面沉积物的粒度特征变化情况，发现了风暴潮期间在强烈的波浪载荷导致的渗流作用下，粉质土海床出现了极细粉粒由下向上运移并输出滩面的现象。结合现场试验期间采集到的孔隙水压力监测数据，本文基于海床动力响应的观点分析了其成因机制。

起重船波浪载荷直接计算与规范计算比较研究

采用基于三维频域线性水动力理论的波浪载荷计算软件Wave Loads Calculation System对1 600 t全回转浮吊船进行了波浪载荷计算(主要指垂向弯矩与剪力),得到不同工况下载荷分布的特点。并将计算结果与中国船级社《钢质海船入级规范》中的规范计算结果进行了比较。研究表明:起重船由于其船型、质量分布和载荷工况不同于运输船,规范计算公式无法对其波浪载荷做出合理评估,而采用直接计算方法,能够根据装载状态,较为准确和详细地预报船体波浪载荷及其分布。