沙箱对桩腿耦合装置的影响研究

桩腿耦合装置(简称LMU)在平台浮托安装过程中上部组块插尖与导管架桩管对接期间起缓冲作用,是海上浮装的最重要装置之一。运用非线性有限元软件ABAQUS,对相同尺寸、受相同垂向载荷作用的有沙箱和无沙箱的LMU分别进行了显式准静态和动态数值模拟,并将计算结果进行对比,以考察沙箱对LMU力学特性的影响。结果表明,与无沙箱的LMU相比,有沙箱的LMU能够承受较大的外载荷作用,可提升外套筒钢材的使用效率,较迅速地降低载荷转移作业过程中整个平台的运动速度,提高平台浮托安装过程中能量吸收速率,并且能减小LMU在动态过程中的最大应力。     

橡胶圈层数对桩腿耦合装置性能影响研究

运用非线性有限元软件ABAQUS/Explicit,建立了不同橡胶圈层数的桩腿耦合装置(简称LMU)整体计算模型,并对其进行了非线性数值求解。通过对载荷-位移曲线、吸能曲线、应力和应变、速度曲线和动能曲线等的详细分析,研究了橡胶圈层数对桩腿耦合装置性能的影响。结果表明,橡胶圈层数对LMU吸能效率和橡胶圈最大应变的影响可忽略不计,但对其刚度、应力、速度和动能及其衰减速率的影响较为明显。随着橡胶圈层数的增加,LMU的刚度逐渐增大,最大应力先减小后增大,最大速度和动能逐渐减小,速度和动能的衰退速率逐渐减小。在LMU设计阶段,应考虑橡胶圈层数对LMU上述方面的影响,合理选择橡胶圈的层数,使LMU能够最有效地发挥缓冲作用。     

超大型风电作业船桩腿稳定性的理论研究和数值分析

大型风电作业船桩腿拥有超长的特点,在复杂多变的波浪流载荷及船体共同作用下,其屈曲失稳现象将更为显著。文中探讨了桩腿屈曲稳定的理论依据及其数值分析算法,研究并对比了理论公式和数值分析这两种方法在工程适用性方面的差异,通过算例分析了影响桩腿稳定性的因素。研究结果表明:桩腿临界载荷的理论解超出数值解19.6%,理论公式在工程计算中显得更为保守,适用性不强;插销定位孔的直径的增大会降低桩腿的临界载荷;主板厚度的改变也会引起桩腿稳定性能的变化。因此在桩腿建造过程中,精确计算定位孔的开孔半径和主板厚度是十分必要的。     

不同干结构模型对箱式超大型浮体结构水弹性响应的影响

三维线性水弹性力学利用结构在真空中弹性振型的正交性 ,对结构振动进行模态分析 ,用弹性体三维势流理论计算结构的水动力系数。因此 ,结构的干模态计算是十分重要的。应用三维线性水弹性理论研究箱式超大型浮体结构在波浪中的动力响应时 ,分别采用梁模型和三维空间有限元模型计算结构的干模态 ,并且采用同样的水动力模型 (弹性体三维势流理论 )研究了不同干结构模型对结构水弹性响应的影响     

软黏土中成桩工艺对HSCM桩抗压承载性能影响的模型试验研究

螺旋桩芯劲性复合桩（helix stiffened cement mixing pile,简称HSCM桩）是一种新型复合桩,其成桩工艺会对桩身及其承载性能有较大影响。为验证HSCM桩在软黏土中同步旋进注浆工艺的可行性,并研究其成桩参数对抗压承载性能的影响,设计了2组缩尺模型试验,包括不同叶片数量与钻进速度的HSCM桩与对比螺旋桩。通过在高岭土制备的软黏土中成桩,并进行抗压承载性能及桩身几何尺寸测试,分析HSCM桩的成桩参数与水泥土桩身间的关系。试验结果表明：同步旋进注浆工艺能够在螺旋桩周围形成倒圆台状的水泥土桩身,水泥土桩身的平均黏结直径约为叶片直径的1.17～1.35倍;适当增加叶片数量能够使水泥与土体充分拌和,提高水泥土桩身的完整性与连续性,以改善HSCM桩的成桩质量;钻进速度大幅提高会导致注浆量不足,减小水泥土桩身的黏结直径与刚度;试验条件下HSCM桩的抗压极限承载力是螺旋桩的3.83～3.93倍,桩径扩大提高了侧摩阻力,注浆工艺加固并提高了土体强度,弥补了叶片在旋进过程中扰动土体造成强度降低的问题。     

胶州湾浮游植物研究Ⅱ环境因子对浮游植物群落结构变化的影响

该文依据 1995年 3月～ 1996年 1月间浮游植物的调查资料 ,并结合同期水温和营养盐的资料变化 ,分析不同环境因素对浮游植物群落结构的影响。结果表明 :水温的变化对浮游植物的种类组成和数量变化都有一定影响 ,秋季和冬季优势种交替明显 ;营养盐对浮游植物群落结构的变化影响明显。根据胶州湾营养盐结构的改变状况 ,并结合历史资料对比发现 ,胶州湾网采浮游植物的物种数和细胞数量呈下降趋势 ,优势种类趋单一化 ;但初级生产力并未下降 ,可能与微型浮游植物所占份额增大相关。     

气浮结构相似性分析

提出了有关气浮结构的环境压力相似判据问题,指出了在模型试验时要达到完全相似的困难。计算结果表明,对尺度比为0．1的模型,若不考虑环境压力的相似,恢复力矩的误差可接近50％。根据4筒和25筒气浮结构的计算结果,给出了将实验结果转换到原型的修正方法。     

顺应式海洋平台慢漂运动物理模型试验研究

为研究顺应式海洋平台慢漂运动的影响因素,以截断圆柱和漂浮方箱为例进行了不规则波作用下的慢漂运动模型试验。测量了不同系泊刚度条件下的漂浮方箱以及相同系泊刚度条件下的截断圆柱和漂浮方箱在静水中自由衰减运动和在不规则波中的运动响应,并将运动响应分解成一阶波频运动响应和二阶低频运动响应,分析了系泊刚度和浮体形状对浮体运动的影响。通过物理模型试验发现了系泊刚度及浮体形状对顺应式系泊浮体一阶运动标准差和二阶低频运动平均漂移值和标准差的关系。结果表明由于顺应式浮体的固有周期远离波浪谱峰周期时,系泊刚度以及浮体形状对慢漂运动的一阶运动响应影响不大;二阶低频运动相对偏离平衡位置的平均值和标准差均随系泊刚度增大而减小,浮体形状同样对慢漂运动的二阶低频纵荡运动响应影响较大。试验结果为实际海洋工程的外形选择和系泊刚度选择提供数据支持。     

气浮结构物的沉降过程分析

通过对空腔内气体的小孔出流和运动方程的分析，计算了气浮结构物在不同情况下的沉陷过程，讨论了其沉陷规律并对有关振荡和稳定性等问题进行了分析讨论。     

波浪作用下方箱-水平板浮式防波堤时域水动力分析

在线性化势流理论范围内求解方箱-水平板浮式防波堤的波浪绕射和辐射问题,从时域角度分析了浮式防波堤的水动力特性.采用格林函数法将速度势定解问题的控制微分方程变换成边界上的积分方程进行数值求解,浮式防波堤的运动方程采用四阶Runge-Kutta方法求解.对不同层数水平板的浮式防波堤的波浪透射系数、运动响应和锚链受力进行了计算分析,结果表明方箱相对宽度对方箱-水平板浮式防波堤的波浪透射作用有重要的影响,透射系数随着方箱相对宽度的增加而减小.对于方箱加二层水平板的浮式防波堤,在本研究的计算条件下,当方箱相对宽度从0.110增加至0.295时,透射系数从0.88减小至0.30.水平板有利于增加浮式防波堤对波浪的衰减作用,但随着水平板层数从0增加至2,这种波浪衰减作用增加的程度趋弱.方箱-水平板的浮式防波堤的运动量小于单一方箱防波堤的运动量.与此对应,方箱-水平板防波堤的锚链受力小于单一方箱防波堤的锚链受力.     

用直接法分析超大型浮体的水弹性响应

探讨了浮舟桥型超大型浮体结构的水弹性响应分析问题。将超大型浮体结构简化成弹性平板模型,用压力分布法计算流体压力,用直接法计算流体-结构系统,给出了它们的数学计算模型。计算表明本计算方法和程序是正确的,并能保证充分的精度,进而计算了更大尺度的超大型浮体,分析了波长、波向等对响应振幅的影响。     

多金属结核概念车浮游体的外形设计及阻力特性分析

针对深海采矿实际需求,提出将集矿车上的液压站与集矿车分离,设计成相对独立、悬浮于集矿车前部上方的浮游体。设计了多金属结核概念车浮游体(以下简称浮游体)外形,并利用三维设计软件SolidWorks建立了其三维几何模型。在此基础上,对几何模型进行简化处理,建立了浮游体流体动力学计算模型。利用流体动力学仿真分析软件ANSYS CFX,采用雷诺时均算法(RANS算法)和两方程的k-ε湍流模型,得到了不同工况的阻力数据。采用Matlab曲线拟合功能,研究了浮游体阻力特性,验证了外形设计方案的可行性。     

浮式两级缓冲防撞系统及浮体结构构型研究

以浮式两级缓冲防撞系统为研究对象,介绍其工作原理,利用动力学分析软件LS-DYNA构建了碰撞模型并进行了仿真计算,依据仿真结果完成了以阻尼索组与浮体结构构型为主要内容的防撞系统设计。研究确定了阻尼索组的布置位置、材料及数量,为浮体内部结构构型设计了7种比选方案,分别对5 000 t船舶撞击浮体前梁和侧梁的动态过程进行了仿真分析,对比了不同方案及不同板梁厚度下的接触力。研究结果表明:浮体内部构造若选用板梁厚度12 mm的方案6设计,则碰撞发生时浮体前梁和侧梁分别可以稳定地提供10.4 MN和7.9 MN的均值力,以及11.5 MN和8.9 MN的峰值力,设计浮体能够满足整体刚度要求,防撞系统符合双保护原则。防撞系统及浮体结构构型设计为下一步全面开展船舶撞击防撞系统后的动力学响应分析奠定了基础。     

海上浮体动力定位外力计算

动力定位系统（dynamic positioning system）是一种闭环自动控制系统,采用推力器来抵抗风、浪、流等作用在浮体上的境力,使其保持在所要求的位置上。船舶的风和流作用力由经验公式求得,波浪力主要考虑二阶漂移力,由三维势流理论的直接积分法求得。通过模拟仿真,表明其结果能够用于船舶动力定位系统研究。     

基于CFD-FEM的浮式结构水弹性响应数值模拟

开发并验证了一种基于CFD-FEM耦合的弹性浮体水弹性响应计算模拟方法。采用CFD方法建立黏性数值水池模拟非线性波浪,弹性浮板进行有限元离散,并在交界面进行数据交互实现耦合计算;通过与水池试验数据和三维板理论在各种波浪环境下的浮体垂向位移结果对比,证实CFD-FEM耦合方法的有效性。并进一步研究了浮板的厚度、入射波波幅和浮板的三维效应对浮板水弹性响应的影响。结论表明,波幅的增加会加剧弹性浮板的水弹性响应,浮板各点处的垂向位移随波幅的增加而增大;当浮板厚度改变时,不同厚度浮板自由端处的垂向位移差异较小,而在中部等位置处,厚度对浮板的水弹性响应有较大的影响。     

Reduction of hydroelastic responses of a very-long floating structure by a floating oscillating-water-column breakwater system

The hydroelastic responses of a very-long floating structure (VLFS) placed behind a reverse T-shape freely floating breakwater with a built-in oscillating water column (OWC) chamber are analyzed in two dimensions. The Bernoulli–Euler beam equation is coupled with the equations of rigid and elastic motions of the breakwater and the VLFS. The interaction of waves between the floating rigid breakwater and the elastic VLFS is formulated in a consistent manner. It has been shown numerically that the structural deflections of the VLFS can be reduced significantly by a suitably designed reverse T-shape floating breakwater.