深水FPSO时域耦合动力分析

采用基于三维频域Green函数及傅里叶变换的间接时域法计算了浮体的水动力特性,并采用非线性有限元法对系缆进行了模拟。通过完全时域耦合分析方法求解系泊浮体的时域控制方程,得到了系泊浮体的运动响应和系缆的张力变化。针对一深水单点张紧式系泊的FPSO进行了理论计算,并将计算得到的浮体运动时历、系泊缆索上端点张力时历及相应统计结果与模型试验结果进行了对比,发现理论计算结果与模型试验结果吻合良好。该数值模型可用于深水浮体与系泊系统的耦合计算,计算结果可为进一步探讨深海系缆材料的非线性和疲劳断裂问题提供可靠的理论依据。     

系泊系统动力分析

对于海上定位采用的系泊系统,采用时域有限元法建立了缆索方程的数值模型。以单点系泊和多点系泊的模拟比较为例。对于单点系泊,通过给定上端点正弦运动,对锚泊线进行动力计算,与试验结果进行了比较。对于多点系泊,针对一Spar平台的张紧系泊系统进行了理论计算,并将计算得到的上端点张力时历及统计结果与相应的模型试验结果进行了比较。通过比较可以发现理论计算结果与模型试验结果吻合良好。该数值模型可用于不同水深下平台和系泊系统的耦合计算等。     

带液舱FPSO船内外流场耦合的数值分析

带液舱FPSO船舶运动时对液舱晃荡的影响明显,而被影响的液舱晃荡会反过来改变FPSO船舶运动性能。该文采用基于开源代码OpenFOAM平台自主开发的CFD求解器naoe-FOAM-SJTU,对带有液舱的FPSO进行内外流场耦合数值模拟,对放开横荡自由度和不放开横荡自由度下的FPSO船舶运动和液舱晃荡进行了模拟研究;并对这两种状态下的船舶运动曲线和液舱抨击压力进行了比较。     

基于PML-FDTD的PCB传输线串扰抑制分析

随着高频信号的广泛应用,PCB传输线中信号的串扰问题越来越明显,利用时域有限差分法(FDTD)分析PCB传输线的串扰问题,并对相应的抑制方法进行验证,证明其有效性,所得的数据和结论对实际的PCB设计以及相关的工程实现具有实际意义。     

南海浮式码头与系泊系统动力耦合分析

南海部分海域由于海底地形限制,运输船舶无法正常靠泊作业,可采用成本较低的浮式码头供运输船舶停泊使用。该文应用基于开源平台Open FOAM开发的船舶与海洋工程CFD求解器―naoe-FOAM-SJTU,对一座分布式系泊系统的浮式码头在入射波浪作用下的运动响应进行了数值模拟。文中系泊系统的求解采用基于集中质量法的动力分析方法,给出了码头运动和系泊系统所受动力的时历曲线,并且将结果同静力分析进行对比,验证了采用动力分析方法的可靠性和必要性。     

动力荷载作用下预应力混凝土靠船桩变形性能理论及数值分析

结合靠船桩工作特点,提出了考虑内外阻尼效应的靠船桩动力理论分析方法,并采用数值分析手段,分析了动力荷载作用下混凝土强度、初始预应力及荷载作用位置对预应力混凝土靠船桩变形、抗裂性能的影响.结果表明,高强度混凝土靠船桩受预应力水平影响大,但当高初始预应力与低荷载作用位置组合时,混凝土等级变化对靠船桩极限变形能力影响较小;预应力混凝土靠船桩开裂荷载与荷载作用位置关系密切,当荷载作用位置较高时,桩身开裂后很快就丧失承载能力而发生破坏;初始预应力水平对低强度混凝土(C50)靠船桩的极限变形能力影响小,而对等级较高混凝土(C60、C70)靠船桩极限变形能力影响较大.     

浮托驳船系泊定位的数值模拟与模型试验研究

浮托法是一种大型组块安装方法,具有成本低及耗时少等优点,近些年来被广泛地应用于各种海洋平台的安装中.该方法是通过驳船托举平台的上部组块,并在系泊系统的帮助下就位于平台下部结构的正上方,然后通过增加驳船吃水将组块的重量缓慢转移到平台上.该文以一座导管架平台的浮托安装为例,选用一艘T型驳船作为安装船,针对系泊等待状态设计了两种系泊系统,分别从频域和时域两方面进行了数值模拟研究.频域分析借助WAMIT计算程序,得到T型驳船的水动力参数和运动RAO;并基于时频转换理论和准静态锚链力计算方法,使用Fortran自编程序进行时域计算,得到静水下锚泊系统水平刚度和波浪作用下船体运动和锚链拉力.在此基础上开展了相应的模型试验研究,包括静水刚度试验、白噪声波浪试验和不规则波浪试验等,并与数值模拟结果进行对比验证.结果表明:数值计算结果与模型试验结果吻合较好,表明该计算程序有较高的可靠性;通过对两种方案结果的比较,表明方案B较方案A更为安全可靠.     

大型串联渠系冰塞-水力响应特性分析

为了定性定量描述南水北调中线工程冰塞特征与水力响应特性之间的耦合关系,采用数值模拟方法,建立了串联渠系冰塞事件-水力响应-闸门操作耦合响应模型,通过多工况对比揭示冰塞体范围、厚度和输水流量及闸门群应对方式等造成的渠系水力响应规律。研究结果表明：闸门群耦合响应下,发生冰塞事件的渠池仅影响其上游渠池的水力过程,对于发生冰塞事件的渠池,其冰塞体上游段水位壅高,下游段水位降低,而该渠池上游所有渠池水位整体降低;闸门群无响应时,冰塞可造成渠系放空风险,而PI控制器作用下的闸门群调度可明显改善渠系应对冰塞事件的水力响应,水位波动幅度随冰塞体和输水流量的增大而不断增大,在模拟工况下,闸前最大水位偏差达0.5 m,输水目标恢复时间约20 h,在冰塞体足够大时,渠系面临漫堤风险。做好渠池风险评估和优化冰塞事件应对控制器是下一步研究的重点。     

浮箱系泊系统锚索静力特性分析

锚索的静力特性对浮箱系泊系统安全性及稳定性起着至关重要的作用。因此,有必要对浮箱系泊系统的静力特性进行深入研究,进一步为系泊系统设计计算提供参考。基于弹性悬链线理论及多点系泊系统静力计算方法,结合大型水动力学软件AQWA,选取一典型的矩形浮箱式结构系泊系统为数值仿真算例,并根据浮箱基本参数及相关技术要求,分别建立张紧式和悬链式系泊系统静力分析模型。详细研究了系泊缆索张开角度、系泊半径、缆索材料、张紧程度等关键敏感性参数对系泊系统缆索张力及位移静力特性的影响作用。研究结果表明:在讨论范围内,增大系泊半径、使用合成纤维索、适当增加预张力,可以加强对浮体运动的约束,进一步提高系泊系统的稳定性,增强系泊系统适应环境的能力。     

浮标-缆-物体综合系统动力学二维时域分析

本文介绍由表面浮标、缆和中间物体组成的综合海洋缆系统力学特性的二维时域分析方法。建立了系统各组成部分运动数学模型，计及非线性水动力和缆的非线性特性，并给出了计算实例。     

不等直径串列圆柱绕流大涡模拟

为研究背负式海底管线中增设的小直径附属管线对主管线的水动力影响,将大涡模拟中经典Smagorinsky亚格子模型与特征线算子分裂有限元法结合,并引入出口对流边界条件,完善了基于特征线算子分裂有限元的大涡模拟方法。通过自编程序数值模拟Re=1 000的单圆柱绕流,计算结果与相关文献吻合较好,验证了该算法计算圆柱绕流的有效性,并分析了Re=1 000时不同直径比、间距比情况下的串列双圆柱绕流,根据流场的不同涡脱落形态及两圆柱平均阻力系数、升力系数随直径比、间距比变化的规律得到了不同直径比条件下的临界间距范围。达到临界间距后,流场由单一涡脱落状态转变为双涡旋脱落状态。最后分析了两圆柱平均阻力系数及升力系数在临界间距后急剧增加的原因,为背负式海底管线的布局优化提供了理论依据。     

北京市城镇化与水资源系统的动态耦合分析

北京市城镇化进程在改善水资源利用效率的同时,也带来了水资源耗用量的增加和水污染程度的加剧。在合理构建城镇化与水资源系统指标体系的基础上,通过构建动态耦合模型,来对北京市城镇化系统与水资源系统的协调发展态势进行分析研究。分析结果表明:2005~2014年间,北京市城镇化系统与水资源系统的发展演化并不同步;城镇化系统发展呈现单边上升的趋势,而水资源系统的发展却具有波动性。两系统的动态耦合发展态势经历了协调发展、极限发展、再次协调发展共3个阶段,相互影响程度经历了由小变大再变小的过程,大致呈现出"倒U型"变化。根据研究结果,提出了北京市应放缓城镇化步伐,注重城镇化质量,以及发展高新技术以减少水资源污染等合理化的建议。     

非一致地震作用下高坝-复杂地基体系动力响应分析

地震波场的构建与输入是高坝抗震分析的关键。本文提出了一种适用于三维成层场地的自由波场时域化求解方法,并在此基础上建立了远置层界面模型以分离上行和下行波场,以解决不规则场地和断层分布等复杂地质条件;进而结合不同波型的连续性特征与振动特性,利用几何推导将单列节点位移推广至整个空间场地,以提高计算效率;并采用改进的波动输入方法将复杂波场转换为地基边界上的等效节点力。本文重点研究了精细化的三维高坝-地基体系在垂直和倾斜入射SV波作用下的动力响应,并与均质地基条件下的结果进行对比。结果表明：非一致地震波作用下坝体结构动力响应的空间差异性显著,坝顶不同位置的位移极值响应可相差至80%;SV波倾斜入射时坝体振动响应远大于垂直入射的情况,位移极值可相差2~3倍,高应力区时段相差较大,且整个体系的拉裂破坏范围更广;复杂地质条件会加剧坝体的损伤情况,且对较大应力区的产生时间与分布情况有显著影响。研究结果证实了综合考虑地震波的非一致特性与场地地质条件的必要性,可为其他大型工程结构抗震响应分析提供参考。