畸形波作用下FPSO甲板上浪研究

甲板上浪及其砰击荷载是船舶设计的关键因素之一,为研究波浪荷载作用下船体甲板上浪及砰击荷载分布,以南海作业的FPSO为研究对象,采用光滑粒子动力学方法建立波浪-浮体全耦合时域分析模型。基于实测海洋环境参数,对畸形波及规则波作用下FPSO甲板上浪及船首砰击进行研究。首先对畸形波模拟结果进行验证,然后将畸形波作用下的研究结果与规则波作用下的研究结果进行对比分析。结果表明,畸形波作用下船体的纵摇幅值为规则波作用下的1.3倍,砰击荷载为规则波作用下的1.25倍,基于规则波计算的船体砰击荷载值偏小。

FPSO关键管路甲板上浪与砰击载荷计算

以FPSO甲板上受波浪冲击的典型结构物为研究对象,从甲板上浪和砰击两个方面分析布置于主甲板、舷侧、船艏及艉部低艉甲板的板型和细长型结构的甲板上浪和砰击载荷计算方法。运用CAESARⅡ分析软件,建立泡沫、货油卸载、海水排舷外管路的应力计算模型,提出甲板上浪和砰击载荷的合理加载方式,以及对管路布置的优化方案,为类似项目管道工程设计提供依据。

FPSO甲板上浪的数值模拟

FPSO在其生命周期内遭受的上浪风险很大,严重的上浪可导致结构的损坏。本文建立了三维数值水池,对规则波下固定FPSO的甲板上浪进行了数值模拟。得到了甲板和甲板室上的冲击载荷和上浪水在甲板上的水位高度以及波浪沿船首爬升、变形、破碎的过程。水池采用动边界造波,自由面由VOF方法来捕捉,在水池后段的动量方程中添加了源项以消除后端壁面的波浪反射。

运动船体甲板上浪的三维数值模拟

本文充分利用势流理论方法和CFD技术各自的优势建立了一种能够准确地再现甲板上浪现象的数值模拟方法。基于Fluent软件平台的二次开发,实现了浮体在波浪中遭受甲板上浪作用的数值模拟。船体的运动规律通过势流理论计算给定,在上浪现象模拟计算时,船体的运动采用移动网格技术实现。文中就迎浪状态下的运动FPSO模型所遭遇的甲板上浪进行了三维数值模拟研究,甲板上水体流动及其对结构物的冲击载荷与试验结果吻合良好。研究表明,该方法对上浪机理能给出较为清晰的描述,为进一步分析预报甲板上浪对浮体结构物的破坏作用提供了基础。

船舶上浪预报中甲板上浪的统计分析

本文从船船和波面的垂向相对运动预报出发，从统计意义上给出表征上浪严重程度的甲板上浪的定量分析，进而为预报敞口集装箱船进水量提供依据。在上浪延续时间的分布函数计算中改进了以往的计算方法。

甲板上浪问题的研究进展

甲板上浪属于一种强非线性的波体相互作用问题,现象十分复杂。近年来,甲板上浪导致的FPSO(浮式生产储运系统,Floating Production Storage Offloading)的船首甲板和上层建筑严重损坏事故时有发生,甲板上浪问题因此也越来越受到国内外研究人员的重视。文章回顾了关于甲板上浪问题研究的发展历程,介绍了国内外理论研究的最新进展,并对甲板上浪的研究趋势进行了展望。

无舱盖船舶甲板上浪的研究

研究船舶甲板上浪的问题是设计无舱盖船舶的重要前提 .甲板上浪和近海建筑物的越浪相似 ,均为非线性物理现象 ,因此引入越浪理论对规则波激励下的航行船舶甲板上浪量进行推算 ,利用洪水波理论与越浪理论相结合的方法对甲板上浪越过舱口舷板的船舱进水量进行计算 .模型实验表明 ,理论计算与实验结果较为吻合 .

规则波中船舶甲板上浪模型试验研究

为研究船舶甲板上浪冲击压力的特点和规律,针对ITTC国际标准船模S-175进行了水池试验.模型试验采用自航模方式,同步测量了波浪参数、船舶运动、上浪高度、上浪冲击压力等时间历程数据.采用高频率、大量程压力传感器通过改变浪高、浪向、航速、船舶艏部外飘来分析这些因素对船舶甲板上浪的影响.试验结果表明:增大船舶艏部外飘对减缓船舶甲板上浪的作用不是非常显著,在较高海情下还会加剧上浪;试验在国际上首次测到翻卷砰击上浪压力,数据显示翻卷状波浪直接冲击甲板所产生的瞬时砰击压力对甲板的破坏性远远大于波浪涌上甲板,应得到更多重视.

基于CFD的高速船甲板上浪载荷的工程计算方法

结合势流理论计算和CFD技术各自的优势,给出了一种快速方便的再现甲板上浪现象的数值模拟方法。针对航行中船舶的甲板上浪现象,建立了运动的局部船艏上浪计算模型,计算模拟并分析了甲板上浪的现象及其对甲板结构的冲击作用。计算中船体的运动通过移动网格技术实现,其运动规律由势流理论给定,并通过Fluent软件进行CFD计算模拟再现船舶的甲板上浪。文中对迎浪状态下航行的S175集装箱船甲板上浪现象进行了数值模拟,结果表明能够比较准确地模拟甲板上浪过程,上浪对甲板及甲板上结构物的冲击载荷与试验吻合良好,该方法能够分析预报甲板及甲板上结构物所受的载荷,为工程应用提供良好的途径。

甲板上浪过程中水流运动规律数值研究

甲板上浪发生时产生的巨大冲击载荷可以对海洋结构物造成严重破坏,其发生时的海况比较恶劣,带有较强的非线性特点。采用CFD软件Fluent中的动网格功能造波结合软件中的VOF模块捕捉自由液面再现了单个极大波浪的生成过程,继而对固定甲板情形下的上浪问题进行了考察,波浪遭遇甲板后产生了流动的分离,甲板上下的水体表现出了完全不同的流动特点。通过可视化计算结果和深入细致的速度剖面分析,更好地加深了对这一复杂流动过程的理解。最后还将模拟结果与实验结果在定性和定量上进行了对比,表现出了良好的一致性。

甲板上浪问题的二维数值模拟

以连续性方程和N-S方程为控制方程,采用源造波理论和技术,建立了具有造波和消波功能的二维数值波浪水槽,并使用VOF方法追踪自由面来模拟二维情况下的甲板上浪问题。文中就迎浪状态下的固定FPSO和横浪状态下的运动船体断面模型所遭遇的甲板上浪现象分别进行了数值模拟研究。船体的运动规律通过势流理论计算结果给定,在上浪现象模拟计算时,船体的运动采用移动网格技术实现。研究表明,计算结果与试验结果相当吻合,该方法可以用于甲板上浪现象的预报和模拟,可以用于分析预报甲板上浪对浮体的破坏作用。

二维甲板上浪问题数值模拟研究的新方法

甲板上浪问题一直是强非线性问题研究领域的热点,它是造成海洋浮式结构物损坏的重要因素。该文完整的阐述了用于研究甲板上浪问题的数值模拟解决方案,并对二维浮动物体的运动响应、甲板上浪进行了考察。模拟在二维数值波浪水池中完成,入射波由冲箱运动生成,水池远端采用海绵层吸收反射波浪,自由液面采用VOF方法捕捉,物体的运动为与波浪的耦合运动。最后将模拟得到的运动响应与试验进行了对比,同时对上浪载荷也进行了分析。

FPSO甲板上浪研究现状

浮式生产储油轮(FPSO)是当今海洋石油开发的主流设施。FPSO通常采用单点系泊系统,船首暴露在波浪作用下,定位于特定海域进行长达数年的长期作业,上浪的风险很大。甲板上浪及其产生的载荷已是当前国际FPSO工程和研究领域的热点之一。介绍了国内外在试验研究和理论研究两方面对FPSO甲板上浪研究的进展情况,并建议我国开展这方面的研究。

基于随机Melnikov方法的甲板上浪船舶混沌运动研究

应用随机Melnikov方法和庞加莱截面研究甲板上浪时船舶的混沌运动。考虑甲板上浪对船舶静稳性的影响,建立随机横浪中船舶横摇运动方程。由随机Melnikov过程结合均方准则确定船舶产生混沌运动的参数域,计算不同参数域中船舶横摇响应的庞加莱截面和时间历程。结果表明,增加船舶阻尼将抑制混沌运动的发生。甲板上浪时船舶横摇响应的庞加莱截面上有两个吸引域,船舶运动过程有两个横摇中心。在非混沌参数域中,船舶只围绕其中的一个横摇中心运动;在混沌参数域中,发生由一个横摇中心到另一个横摇中心的随机跳跃。

甲板上浪船舶随机横摇响应的数值模拟

数值模拟随机横浪中甲板上浪船舶的横摇响应.考虑随机横浪激励和甲板上浪引起的横倾力矩,建立船舶随机横摇运动方程.基于伯努利方程,推导船舶甲板上浪水质量的计算公式.以一条拖网渔船为例,计算不同波高作用下船舶的横摇响应,分析甲板上浪对船舶倾覆的影响.研究表明:考虑加工甲板上浪后,船舶有2个横摇中心,在响应过程中发生由一个横摇中心到另一个横摇中心的随机跳跃;单独考虑捕鱼甲板上浪或加工甲板上浪时,船舶可以承受大的波浪载荷而不发生倾覆;同时考虑捕鱼甲板上浪和加工甲板上浪时,横摇过程中捕鱼甲板上浪水量突然增大,导致船舶倾覆.

甲板上浪船舶的横摇运动

应用数值方法研究甲板上浪时船舶的横摇运动特性。基于修正的伯努利方程,建立了船舶甲板上浪水量的计算模型。根据甲板上浪水的不同横截面形状,推导了甲板上浪水重心及上浪水高度的计算公式。考虑甲板上浪水引起的横倾力矩,建立了规则波浪中船舶的横摇运动方程。以一条艉滑道拖网渔船为例,计算了在不同初始甲板积水量、波浪频率和波浪激励幅值时船舶的横摇响应,分析了甲板上浪对船舶横摇运动的影响。研究结果表明,在初始积水量大于零、波浪激励频率较低时,甲板上浪使船舶的横摇幅值大幅增加。

随机横浪中甲板上浪船舶的倾覆研究

应用相空间转移率,定量研究了随机海浪中甲板上浪船舶的倾覆,给出了甲板上浪对船舶抗倾覆能力的影响。综合考虑非线性阻尼、非线性恢复力矩和随机横浪激励,建立了无甲板上浪和有甲板上浪时船舶随机非线性横摇运动的一般方程。以一艘倾覆的拖网船为例,分别求解了无甲板上浪和有甲板上浪时,不同海况激励下船舶横摇的相对相空间转移率。以相空间转移率作为船舶稳性损失的度量,定量比较了两种情况下船舶的抗倾覆能力。研究表明,甲板上浪后,船舶在较低的海况下会产生较大的相对相空间转移率,甲板上浪严重降低船舶的抗倾覆能力,从理论上进一步揭示了甲板上浪船舶的倾覆机理。

并行计算求解运动船体上的甲板上浪问题

甲板上浪是危害海洋浮式结构物的重要因素。文章采用模型试验方法对一艘FPSO的甲板上浪现象进行了考察。结合模型试验的结果,采用大规模并行计算技术成功再现了甲板上浪这一非线性极强的物理现象,有效地克服了计算时间的限制。数值模拟中对与上浪密切相关的物理参数如水体流动,船体的运动,冲击载荷进行了记录。为了保证数值模拟的精确性,文中开展了网格试验和时间步长试验,得到了适合甲板上浪模拟的网格划分方案和时间步长。由数值模拟得到的上浪细节相当详尽,如由VOF方法进行液面捕捉得到的波浪沿船艏爬升、变形、最后冲击船艏结构物破碎的过程与试验相比很为接近。计算实践表明采用大规模并行计算是解决上浪等非线性问题的可靠的、高效的途径。

某船上天线所受甲板上浪载荷模型试验

本文介绍在中国船舶科学研究中心的波浪水池进行的某船上安装的球形天线上所受甲板上浪冲击载荷的船模试验。共进行了顶浪和首斜浪的4个状态的不规则波试验 ,给出了上浪冲击压力峰值的统计结果和典型上浪压力时历曲线 ,对测量结果进行了简要分析。

FPSO甲板上浪试验研究

介绍了在风浪流水池中对一艘10万t级FPSO进行的甲板上浪模型试验,设计了一套运动限位机构,只保留FPSO纵摇、升沉运动。试验在规则波和不规则波两种环境条件下进行,对与上浪密切相关的参数如甲板上的水位高度,上浪压力等数据进行了测量。