主动式升沉补偿技术研究现状和发展趋势

随着深海能源的开发,深海更加恶劣的环境使海上作业窗口期缩短,主动式升沉补偿装置可以有效解决深海作业窗口期短的问题,保障深海作业的安全,提高深海作业的效率,具有很高的经济价值。本文介绍主动式升沉补偿系统的组成及工作原理,总结主动式升沉补偿系统的响应滞后、参数时变、随机性、非线性4个技术难点,分析目前的研究思路,指出优点及其不足之处,并根据工业需求提出技术发展趋势。

无粘结柔性管抗拉伸层结构分析

柔性管抗拉伸层是复杂的空间螺旋线结构,其结构响应分析对柔性管疲劳分析、强度分析和屈曲分析有重要作用。文章基于曲梁理论,应用斜驶螺旋线假设和测地线假设两种空间曲线公式,以空间细长杆理论及胡克定律本构方程为基础,采用格林应变张量与第二Kirchoff应力张量度量,对深海无粘结柔性管抗拉伸层螺旋形钢缆结构平衡方程进行了推导,编写了分析程序。利用该程序,分析了抗拉伸层钢缆在轴对称载荷下和弯矩作用下的曲率变化和结构响应;同时利用三维直梁有限元模型与曲梁有限元模型建立数值模型,将程序结果与数值模拟模型结果进行了对比,证明了结果可行性。该结果可为柔性管抗拉伸层结构设计提供快速的预估计方法。

静水中并列振荡双圆柱水动力学性能及机理

实验通过设定一系列的KC数、β数,调整双圆柱之间间隙,对在静水中并列振荡的双圆柱系统的阻力系数、升力系数和附加质量系数进行了研究。实验发现,与单个圆柱的振荡相比,双圆柱系统在间隙较小的排布下并列振荡时的阻力系数和升力系数增大;同时在KC数较小时,附加质量系数提前趋于稳定,升力系数提前出现二阶频率。为了进一步从流场角度解释上述现象,研究进行了基于浸入边界法的Lily-Pad进行数值模拟。通过调整参数,数值模拟了与实验相同条件下的双圆柱和单圆柱流场。通过对数值模拟中单圆柱和双圆柱系统的流场分析发现,在双圆柱系统的振荡中,两圆柱之间携带大量能量的涡流是阻力系数增大的原因。

极地船舶结构设计思考

冰脊和冰山与极地船体发生碰撞将影响船体结构安全,并决定船体结构设计载荷。船体结构设计应遵循基于风险的设计原则,通常涉及以下极限状态设计准则:1)服务极限状态(SLS);2)最终极限状态(ULS);3)疲劳极限状态(FLS);4)事故极限状态(ALS)。最终极限状态和事故极限状态对应于发生概率极低的船与冰脊作用以及冰山撞击事件,旨在确保船体结构不会完全损毁。然而,对于较低概率水平的冰载荷分析,需进行较大数据量的工况分析,计算耗时无法承受。为此,引入环境等值轮廓方法,来大幅减少冰载荷分析所需工况数量,并给出设计工况最有可能的冰体参数组合方式。结合最终极限状态和事故极限状态,举例说明这一方法的运用方式。环境等值轮廓方法可为现有极地船舶船体结构设计方法提供有效补充。

主动式升沉补偿控制系统及运动预报

针对主动式升沉补偿系统的时滞特性会造成控制效果变差甚至使系统失稳问题,考虑采用模型预测控制算法对其进行控制.并从提高系统抗干扰性角度出发,将模糊-比例积分微分(PID)控制与模型预测控制进行结合形成预测模糊PID控制,并将其与动态矩阵PID控制进行了仿真比较.最后为了进行实时的升沉补偿,采用时间序列法自回归预测模型对吊装点的运动进行了预报.仿真结果表明:预测模糊PID控制在系统存在时滞的情况下既保证了系统的稳定性又提高了系统的抗干扰性;时间序列法自回归预测模型对于极短期的运动预报具有较高的预测精度,可以满足主动式升沉补偿系统的预报要求.

基于CFD的船-舵水动力干扰数值研究

该文采用基于RANS方程求解的CFD方法,对匀速直航的船-舵系统的黏性绕流场进行数值模拟,计算了不同船速和不同舵角下的船-舵水动力干扰系数,计算中忽略了自由面兴波及螺旋桨的影响。文中以KVLCC1船、舵模型为研究对象,首先将数值计算的船舶水动力及船-舵水动力干扰系数结果与模型试验数据进行比较,验证了所采用数值方法的有效性;随后,对船-舵系统、裸船体和敞水舵分别进行计算,通过水动力计算结果的比较以及流场分析,对船-舵水动力相互作用进行了数值研究。