基于浮体Morison方程的半潜式超大型浮式结构波浪力简化计算方法

文章研究了半潜式超大型浮式结构中移动式海上基地（MOB）在高海况随机波作用下波浪力的简化计算方法。基于修正后的浮体Morison方程,理论推导得出了MOB结构波浪力的计算公式。以MOB结构＂三模块模型＂为例,研究其在6级海况条件下基于Bretschneider谱模拟的随机不规则波中浪向角变化在0°~90°范围内,各模块的波浪力—历时规律,将简化算法的计算结果统计值与势流理论的结果进行对比,并对二者进行误差分析。结果表明,运用简化算法得到的MOB波浪力统计结果与势流理论的结果吻合程度高,且二者之间的相对误差在工程允许的范围之内,可充分验证简化算法的正确性、合理性与可行性。文中提出的算法相比于势流理论更加简单,建议在结构初步设计阶段运用该方法,可高效评估大量不同工况下MOB结构的波浪荷载,研究成果可为半潜式超大型浮式结构动力响应研究奠定基础。

Morison方程中动水阻力项对桥梁桩柱地震反应的影响

在深水桥梁地震反应分析中,当采用Morison方程来考虑桩等水中横向小尺寸结构上水的作用时,等效为增加了一个附加惯性力项和一个附加阻力项,其中,附加阻力项是非线性的。由于非线性附加阻力项的存在,给采用反应谱方法求解桥梁的地震反应带来不便。本文讨论了非线性阻力项对一般桥梁桩柱结构地震反应的贡献,得到的结论是阻力项的贡献很小,可以忽略。这样,水中桥梁地震反应的计算就得到了很大的简化。

计算孤立桩柱上波流共同作用力的修正的Morison方程

自1950年Morison方程问世以来,它在海洋工程设计中得到了广泛的应用,同时,许多学者对它进行了大量的研究工作。 对纯波浪情况和纯水流情况,按照Morison方程计算桩柱上的水动力,已经有较成熟的成果,然而对波浪与水流共同作用情况下桩柱上水动力的研究却很少,仅见于文献[1-8]。

一个确定Morison方程水动力系数的BP神经网络方法

将人工神经网络技术应用于计算Morison方程中的水动力系数Cd、Cm,构造具有一层隐含层的BP神经网络,然后在BP网络中运用附加动量法和自适应学习速率进行改造,使得建立的网络模型的收敛性大为改善,减少了训练次数和训练时间。结果表明,计算结果可靠,可用于计算不同雷诺数Re、KC数以及粗糙度数k下Morison方程的水动力系数,从而使得在利用Morison方程计算小尺度结构物的受力更接近实际。

用Morison方程计算分析悬浮隧道所受波浪力初探

根据悬浮隧道自身结构特点和工程设计中所考虑的波浪条件,利用Morison方程和线性波浪理论,计算分析了隧道放置深度、海流速度、流向与波向间的夹角、波浪周期等诸多因素对隧道所受水平波浪力的影响。

Morison方程正向水动力系数比的初步探讨

提出Morison方程正向水动力系数比的概念,导出表达式;对表达式在浅水波、深水波状况进行简化,得到相应的简化表达式;初步探讨了水深对正向水动力系数比的影响,结果表明:浅水波和深水波时的正向水动力系数比简化表达式是合理的,中等水深的正向水动力系数比与水深的关系表达式有待进一步分析。

Morison方程中动水阻力项对桥梁桩柱地震反应的影响

深水桥梁地震反应计算时,当采用Morison公式考虑水的作用时,增加了一个附加惯性项和一个附加阻尼项,其中附加阻尼项是非线性的。由于非线性附加阻尼项的存在,给采用反应谱方法求解桥梁的地震反应带来不便。讨论了非线性阻尼项对一般桥梁桩、墩结构地震反应的贡献,得到的结论是阻尼项的贡献很小,可以忽略。从而水中桥梁地震反应的计算就得到了很大的简化。

地震作用下桥墩动水压力及Morison方程适用性试验研究

深水桥梁的抗震分析需要考虑地震作用下动水压力的影响。目前,广泛采用的Morison方程由波浪力的计算公式演化而来,用于计算地震动水压力尚缺乏验证;同时,对于地震作用下桥墩动水压力的变化规律缺乏试验研究。该文设计一套水下振动台试验系统,以不同尺寸的桥墩试件为研究对象,采用正弦波为输入激励,通过不同工况的振动台试验,研究桥墩加速度和地震动水压力的分布规律及其随激励幅值、激励频率、截面直径和水深的变化规律;将动水压力的试验结果与Morison方程的计算结果进行对比,以验证地震作用下Morison方程的适用性。结果表明:地震作用下桥墩加速度和动水压力应考虑激励幅值、激励频率、截面直径和水深的影响,Morison方程不适用于计算地震作用下桥墩动水压力,应通过大量的水下振动台试验加以修正。

Morison方程在进水塔动水压力计算中的应用

地震时水体会对水工结构产生动水压力,如何简便高效地考虑动水压力作用是进水塔动力响应分析的基础。引入计算深水桥墩波浪力时广泛采用的Morison方程,对其进行扩展,使其可以用于矩形截面的进水塔。推导过程表明,塔内外动水压力均转化为附加质量,附加质量分布与塔体截面形状有直接关系,与水深无关。通过实例将本文方法与水工抗震标准中进水塔附加质量法进行比较,并通过计算动水压力证明了提出方法的适用性。

浮体浅水非线性波动问题的 Boussinesq 方程求解方法

提出一种求解浮体波动问题的新方法，即将浮体与流体接触的物面作为自由表面处理，Ｂｏｕｓｉｎｅｓｑ方程用于此类问题的全域直接求解．为验证其可行性，计算了浅水孤立波对固定浮体的反射与透射问题，与已有结果吻合得很好，表明新方法是可行的．

基于非线性Morison方程的深水高墩桥梁地震响应分析方法

基于非线性Morison方程,推导了深水高墩桥梁在单独地震、地震波浪、地震流、地震波浪流四种组合环境工况下的地震动水压力解析式,建立相应环境工况下深水高墩桥梁的结构-水耦合动力控制方程,并给出了求解耦合动力控制方程的数值方法,以此对深水高墩桥梁进行地震响应分析,为深水高墩桥梁抗震设计与分析提供理论支撑。

基于实测波浪的单桩式海上风电基础波浪力计算研究

基于实测波面的波浪力获取作为结构动力响应分析以及数字孪生模型建立的必备环节,对海上风电数字化运维至关重要。为了满足更大的装机容量需求,单桩式海上风电基础趋于大型化,其尺度因子D/L也随之增大;并且实际海域均为非规则波,以尺度因子划分波浪力计算理论的方法对非规则波的适用性尚不明确。通过建立数值水槽,依据实际工况对不规则波与桩基的作用进行数值模拟,得到入射波浪场与桩基所受波浪力,在此基础上,基于入射波浪场分别采用Morison方程以及绕射理论求解波浪力并将之与数值模拟结果进行对比,分析了不同波浪力计算理论关于尺度因子的适用性,同时探究了波浪要素对计算精度的影响。结果表明:Morison方程在波高较大时精度下降;相对于Morison方程,绕射理论在该尺度下的精度更高。最后,通过分析实测数据进一步探讨了典型工况下的波浪力特征,以期通过实测波面计算波浪力的方法为实际服役风机波浪力计算提供技术支持。

系泊多浮体系统流固耦合和浮体间耦合动力分析

利用多刚体力学运动学方法进行系统结构的数学描述。以系统摇荡时各浮体质心位移和浮体角位移表达广义速率。进而表达出有关偏速度、偏角速度、加速度和角加速度。单个系泊浮体在规则波作用下 ,所受的流体动压力用势流理论计算。多浮体系统摇荡时除入射规则波外 ,每一浮体的摇荡辐射波对其他浮体也构成了入射波并作用以流体动压力。表达出系统的广义主动力和广义惯性力后代入 Kane方程 ,补充以浮体间的运动约束方程 。

近岛礁超大型浮体水弹性响应研究（英文）

文章将Boussinesq方程和格林函数法相结合,提出了一种新的用于计算布放在岛礁附近的超大型浮体水弹性响应的数值方法。应用该方法,计算了超大型浮体的运动响应和连接器载荷,并与水池试验的实测值进行了对比。文中的研究内容可为后续的超大型浮体的结构和连接器的设计和安全性评估打下基础。

波浪中浮体运动与遭遇荷载计算研究

给出随机波浪运动要素及其作用下流场的分析方法和海洋结构物的运动与遭遇荷载的计算方法.关于我国沿海设计波参数的预报、非线性波流场的计算、修正的切片法和三维浮体运动与荷载的面元计算法的研究成果及其相应的计算机程序,已经部分地得到了试验和相关研究成果的验证,并获得了船舶与海洋结构物设计工程的应用.

细长潜器在内孤立波作用下大幅运动的轨迹和姿态

海洋内部的大幅内孤立波可能会威胁到潜器的航行稳定性和安全性,为探究潜器迎面遭遇内孤立波时的运动特性,建立两层流中细长潜器结构在内孤立波作用下的大幅运动时域求解模型。考虑潜器各运动自由度耦合引起的非线性作用力,潜器受到的内孤立波力采用Morison方程和Froude-Krylov力计算,由内孤立波传播引起的静力变化通过对潜器表面静压强积分计算。通过与计算流体力学数值仿真结果和物理模型试验结果对比验证模型的精度,并计算SUBOFF潜器在两层流中不同潜深、不同航速时迎面遭遇KdV型内孤立波后的运动轨迹和姿态。数值仿真结果表明:内孤立波作用下,位于密度分层界面上方和分层界面处的潜器沿内孤立波传播方向运动,位于密度分层界面下方的潜器逆着内孤立波传播方向运动;垂向上潜器会发生大幅掉深,且先下沉再上浮;不同潜深、航速下潜器表现出不同的运动轨迹和姿态。

基于改进Morison公式的海上漂浮软管波浪载荷计算

针对海上漂浮软管波浪载荷计算,分析了软管在海上的形态和受力特点,建立了海上漂浮软管力学分析模型,指出直接运用现有Morison方程计算漂浮软管波浪载荷存在的不足,并根据基本原理提出了改进Morison方程。对海上软质管线处于一定海况,分别运用改进Morison方程与现有Morison方程计算海上波浪载荷,并运用ANSYS软件建立软管模型,结果表明现有Morison方程不适用于计算海上漂浮软管波浪载荷,载荷计算结果偏高约15%,从而验证了改进Morison方程的精确性,有利于准确分析波浪载荷对海上漂浮软管的作用情况。

浅水中浮体在波浪作用下运动的三维时域计算模型

港口中系泊船在波浪作用下运动问题的本质是浅水波浪与浮体的相互作用。与深水情况不同,浅水问题应当考虑水底、水域边界的影响及浅水波浪自身的特性,单一模型很难实现该模拟过程。为此,建立了Boussinesq方程计算入射波和Laplace方程计算散射波的全时域组合计算模型。有限元法求解的Boussinesq方程能使入射波充分考虑到水底、水域边界的影响和浅水波浪的特性;散射波被线性化,采用边界元法求解,并以浮体运动时的物面条件为入射波和散射波求解的匹配条件。该方法为完全的时域方法,计算网格不随时间变动,计算过程较为方便。通过与实验及其他数值方法的结果进行比较,验证了本模型对非线性波面、浮体的运动都有比较理想的计算结果,显示了本模型对非线性问题具有较好的计算能力。

铰接多浮体耦合解析计算

利用Lagrange方程求解波浪作用下的铰接多浮体结构运动响应。基于二维微幅波理论,将流场分成若干子区域,在每个子区域内将速度势用特征函数展开,在各区域边界上进行速度势及水平速度的匹配并结合运动方程耦合求解速度势中的系数及结构响应值。计算与实验结果的比较表明,所采用的计算方法是合理的,可以为研究波浪与铰接多浮体相互作用作为参考。

浮体在浅水中运动产生的孤立波

本文对在浅水中以跨临界速度运动的浮体产生的兴波同题作了数值计算,用作者提出的求解浮体波动问题的新方法,将浮体与流体接触的物面作为自由表面处理,使Boussinesq方程用于此问题的全域直接数值求解,数值结果使我们得到了新颖的浮体运动产生的孤立波解。