液舱晃荡与船体耦合运动的全非线性数值模拟与分析

为了研究液舱晃荡流对驳船运动的非线性耦合影响,本文采用边界元法在时域中模拟了二维驳船在波浪和晃荡载荷作用下的三自由度运动。数值模拟过程中采用半混合欧拉-拉格朗日方法(Semi-MEL)实时更新瞬时自由液面,应用辅助函数法求解速度势的时间导数。在上述数值基础上,对入射波、船体运动和晃荡流的非线性耦合关系进行解耦计算。所求驳船运动响应的数值计算结果与实验结果吻合良好,验证了该数值方法的准确性。通过分析不同入射波频、波幅和液舱充液率条件对驳船运动幅值响应(RAOs)的影响,可得出液舱晃荡作用力与波浪激振力的耦合作用决定了驳船的横荡、横摇运动RAO的大小;在晃荡运动的一阶共振频率附近,横荡、横摇运动RAO均为最小值;相比横荡运动,对横摇运动而言,最重要的耦合影响是RAO曲线由单峰值变化为双峰值;随着入射波幅的增加,晃荡诱导力矩的非线性变化导致了船体非线性的横摇运动。

不同横摇幅值下浮式立轴叶轮的水动力性能分析

为研究浪流联合环境中浮式立轴水轮机的水动力特性及能量转换效率,本文将浮式垂直轴叶轮在浪流中的运动模拟成均匀流中给定频率的受迫摇荡运动。通过ANSYS-CFX软件的二次开发,建立均匀流场中受迫运动水动力模型,进而计算垂直轴叶轮单自由度横摇运动时的不同横摇幅值下的叶轮推力、侧向力的水动力性能变化。将叶轮的推力系数和侧向力系数的时历曲线用最小二乘法进行拟合,分析得到了水轮机阻尼系数和附加质量系数。数值计算结果表明:横摇运动使得叶轮瞬时载荷产生波动,波动值明显增大;推力中阻尼力比惯性力占比大,侧向力受两者的影响相当。本文的研究对浪流联合作用下浮式潮流能装置水动力特性研究有重要意义。

水下平板式防波堤运动响应分析

文章研究了由两种不同材料组成的水下平板结构在入射波浪作用下的运动响应。研究发现:(1)两种材料组成的平板运动幅值变化趋势基本相同,质量轻的平板运动幅值较大;(2)在垂荡方向随着相对板长的增加,运动幅值变化较大,在KB/2=0.3有极值存在;(3)在横荡方向,运动幅值在KB/2≤1.0时,变化不大,当KB/2>1.0时,运动幅值迅速减小;(4)横摇时,随着相对板长KB/2的逐步增加,转动角度先增加后减小,在KB/2=1.2附近出现极值。

浅水效应及其对软刚臂单点泊FPSO安全影响研究

浮式生产储油装置(FPSO)作为海上油气开发的重要设施,确保其结构强度和完整性对于在海洋环境下开展原油集输至关重要。基于势流理论,对目标FPSO进行频域分析,研究浅水效应对船体水动力特性的影响,以及不同水深下船体的固有周期和运动幅值响应算子等水动力特性的变化趋势。结果表明,目标FPSO工作水域水深较浅时,船体垂荡、横摇和纵摇固有周期均增大;在不同水深具有相同吃水比时,除了垂荡和纵摇外,其他自由度响应均随水深吃水比的增大而减小。

破损船舶瘫船时的横摇运动分析

为了研究破损船舶瘫船时的横摇运动,采用Davenport风谱计算定常风和阵风的风倾力矩,采用ITTC双参数波谱计算不规则波波浪力矩,采用增加重量法计算破损进水,建立了破损船舶瘫船时的横摇运动方程。最后以一艘船舶为例,计算了船舶非对称破损、对称破损以及完整状态下的横摇运动幅值,分析了破损船舶瘫船时的横摇情况。结果表明,船舶在破损时的横摇幅值远大于完整状态下横摇幅值且非对称破损时的横摇幅值最大。

悬挂在做微小扰动小船下物体运动的分析

通过求解悬挂在做微小扰动小船下物体运动方程,得到解析表达式,算例分析得到,随着小船运动周期的增加,小球在水平方向和垂直方向的运动幅值都是先增大后减小;当小船的运动周期增大到某一定值,小球在水平方向和垂直方向的运动幅值达到最大值,产生共振现象.

大型起重船波浪中的运动响应

探讨了起重船在作业时的运动幅值响应。针对起重船这一特殊船型,考虑了阻尼系数对起重船作业时运动响应的影响;采用流体力学的方法计算出起重船惯性半径,并与常规船惯性半径进行了比较。结果表明,起重船在波浪中作业是安全可靠的。

小水线面三体船耐波性数值模拟

[目的]小水线面三体船与普通三体船相比具有较大的潜体并极大地减少了水线面面积,因此普通三体船的耐波性规律不完全适用于小水线面三体船,小水线面三体船的耐波性还有待研究。[方法]因模型试验具有周期长、成本高、环境要求苛刻的特点,难以对所有方案进行试验与分析,故采用STAR-CCM+平台模拟船体周围的黏性流场。首先,考虑到网格设置、流场模型选择的影响,验证采用STAR-CCM+平台进行耐波性计算的可行性与可靠性;然后,研究系列弗劳德数Fr下不同侧体位置时小水线面三体船耐波性的变化规律。[结果]结果显示,Fr=0.234(低速)时,小水线面三体船的耐波性优于普通三体船,Fr=0.494~0.797(中、高速)时情况较复杂;小水线面三体船侧体靠近船艏时耐波性更优。[结论]研究结果可为小水线面三体船的设计提供一定的借鉴。

三峡库区浅水域船舶应急系泊系统设计及水动力特性研究

内河船舶标准化、大型化、专业化进程不断加快,三峡库区船舶在风、浪、流环境中航行时,往往会出现较剧烈的摇荡运动、降速、航向不稳定及操纵困难等问题。因此,三峡库区浅水域船舶应急系泊系统设计的可靠性成为船舶工程领域亟待解决的问题。以三峡库区典型船舶为研究对象,基于三维势流理论,运用ANASYS-AQWA,建立船舶应急系泊系统的数值模型,优化设计不同缆绳布置方案,对比分析不同系泊方案下船舶运动响应幅值及缆绳张力。研究表明:4-2-2系泊系统缆绳布置方案与4-4系泊系统缆绳布置方案相比而言,在均衡系泊缆张力方面更具有合理性、优越性。研究方法可为三峡库区浅水域船舶应急系泊系统方案的设计提供科学可靠的理论依据。

磁电阻尼器恢复力模型理论推导及参数研究

由电磁学中的磁场对衔铁吸力公式,提出了涡流板相对磁盒运动时的切向磁电阻尼力模型,即假设涡流板相对磁盒运动时涡流板受到的切向磁电阻尼力与磁盒对涡流板法向吸力成正比,在此基础上研究了参数振动频率、运动幅值对阻尼力的影响规律并通过数据拟合得到了相应的公式,最后由恢复力模型公式画出的滞回曲线与试验滞回曲线进行了比较,效果较好。

新型磁电阻尼器理论模型进一步研究

对新型磁电阻尼器恢复力理论模型做了进一步研究,将原有双参数模型即振动频率、运动幅值归一化为单参数速度幅值模型,两种模型与试验对比,结果表明改进的模型效果更好。为开发用于实际工程的产品及安装磁电阻尼器结构减振体系模拟计算打下了基础。

基于AQWA的潮流能发电平台稳定性研究

文章应用水动力学软件AQWA对在随机波浪荷载和风、流荷载联合作用下的浮动式发电平台的稳定性进行研究,分析了5种工况下该平台遭遇迎浪(0°浪向角)、艏斜浪(45°浪向角)、横浪(90°浪向角)时的横荡、纵荡、艏摇运动响应幅值,比较了该平台在破损工况(有系泊缆断裂工况)和完整工况(无系泊缆断裂工况)下的运动响应幅值。结果表明:平台的艏摇、横荡和纵荡运动响应的最大值分别发生在遭遇艏斜浪、迎浪和横浪时;在系泊缆断裂瞬间该平台所有方向运动响应均有大幅增加,其中破损自存工况下艏摇运动响应幅值是完整工况下的6~7倍。

海上风力发电平台概念设计及系泊系统特性研究

为实现海上风力发电平台工作状态的准确预报,本文采用有限元软件建立浮式风力发电平台三维模型,完全时域耦合分析在不规则波作用下,浮式风力发电平台动力响应特性。通过时域结果对比分析可知,在风浪流同向作用下,浮式风力发电平台的运动响应幅值及系泊缆索顶端张力最大。通过运动响应时间历程曲线可知,横荡运动和横摇运动表现为低频特性,垂荡运动表现为波频特性,以上研究成果可为浮式风力发电机的优化设计提供一定的指导,并可为将来的相关试验提供一定参考。

基于粒子群优化算法的海浪方向谱估计

为解决当前测量设备在估计海浪方向谱方面存在的易损坏、易丢失且费用昂贵等问题,利用船舶运动响应数据通过参数化方法对海浪方向谱进行估计,并提出粒子群优化算法对八参数海浪方向谱模型进行参数整定,该方法只需要简单的测量设备和硬件即可完成方向谱的估计工作.最后利用实船数学模型对2种海况情况进行了仿真验证,仿真结果表明该方法可以精确地估计出海浪方向谱.

基于等效无功弹性的变换器电压支撑能力评估

针对现有电压支撑能力评估方法鲜有关注变换器控制动态和无功扰动期间电压变化速率,难以准确评估不同控制方式下变换器的电压支撑能力及其在快速扰动场景下的适用性,提出了一种基于等效无功弹性的变换器电压支撑能力评估方法.首先计及变换器控制策略,分别构建典型构网型和跟网型变换器的幅值运动方程.然后,基于幅值运动方程,提取了与电压变化速率关联的等效无功弹性JQ作为电压支撑能力的评估指标;通过分析JQ的幅频特性,对比评估了两类变换器在无功快速波动下的电压支撑能力及相关差异.最后,在Matlab/Simulink中搭建仿真模型,验证了分析的准确性.

中长周期波浪作用下的工字型浮式防波堤消波性能研究

基于T型浮式防波堤提出工字型浮式防波堤结构,采用STAR-CCM+软件实现波浪与浮式防波堤相互作用下的三维水动力数值模拟,进行中长周期波浪中的浮式防波堤的消波性能研究,分析两种浮式防波堤的消波效果以及在不同波浪入射角和周期作用下工字型浮式防波堤的透射系数和运动响应特性。数值结果表明:波浪周期越小,浮式防波堤的消波效果越好;波浪入射角增大,工字型浮式防波堤的纵荡、垂荡及纵摇运动响应幅值减小,横荡、横摇及艏摇运动响应幅值先增大后减小。中长周期波浪作用下的浮式防波堤消波性能研究可为海上浮式防波堤的设计和分析提供参考。