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。     

超大型半潜浮式风力机基础概念设计及性能研究

半潜浮式风机的基础是保证风机正常运行的关键,而基础各个构件尺寸的设计尤为重要。针对具有大型浮箱结构的半潜型浮式风机基础,拟定三种不同尺寸浮箱的平台,建立了三个有限元模型,进行稳性分析、水动力分析和强度分析,将计算的结果与规范标准进行对比分析,最终确定平台尺寸。计算结果表明：浮箱的尺寸影响平台垂荡和纵摇的固有周期,并且随着尺寸的增大初稳性高度降低,其中浮箱宽度为9 m平台的稳性和水动力性能相对较好,其整体强度分析结果也满足规范要求。     

黏性流场中鱼类胸鳍的水动力性能分析

针对刚性胸鳍建立了二自由度、三自由度的运动模型.在此基础上,通过对基于求解雷诺平均纳维-斯托克斯(RANS)方程的商用计算流体力学(CFD)软件FLUENT的二次开发,采用其先进的动网格技术以及强大的后处理系统,详细计算了刚性胸鳍在黏性流场中的水动力性能.数值计算结果与最近物理实验结果进行详细比较和讨论.通过研究发现摆动胸鳍产生的独特表面压力分布以及尾涡变化方式是其产生较高推进性能的内在原因.     

高桩码头对邻近爆破的非线性动力响应分析

爆破施工会对周围已有的建筑物产生安全隐患, 因此, 预测爆破施工对周边建筑物的影响能有效降低风险, 消除安全隐患。在某港口周边进行爆破施工前, 为保证邻近高桩码头的安全, 先建立爆破位置与高桩码头整个区域的三维非线性有限元数值模型。在爆破荷载及高桩码头在役期间的最不利荷载作用下, 计算分析港口内部结构与土的非线性相互作用动力响应。根据港口结构所能承受的爆破冲击波通过土体传递给结构的动力响应, 并以高桩码头的安全振动速度为衡量标准, 得到爆破点距离码头最近位置时的最大单孔炸药量, 分析此时码头的位移变形、弯矩、剪力以及应变情况, 发现码头的位移受爆破荷载的影响较小, 但码头内部斜桩较直桩承受更大的应力、剪力, 因此在爆破施工时, 斜桩更容易受到破坏。     

二维水动力数学模型在港口码头工程防洪影响计算中的应用

利用数学模型进行防洪影响分析具有投资少、周期短、对复杂边界具有良好的适应性等优点.采用二维平面水动力模型计算分析封开海事处码头工程建设前后河道水动力特性和流畅变化.结果表明,工作船码头工程对西江的设防洪水位影响不大,对工程所在河道以及周边相邻水道的整体河势及水流动力特性不会造成明显影响,工程上下游附近水域冲淤平衡较建设...     

船舶撞击下的内河框架码头瞬态响应分析

基于目前内河大水位差框架码头结构的设计和计算方法,通过建立三维有限元仿真模型,对框架码头结构在船舶撞击作用下的瞬态响应进行了分析,并与传统静力分析相比较。结果表明:结构位移横向比纵向反应敏感,向江侧比向岸侧敏感,并且随着时间推移,峰值逐渐减小。结构整体、局部动力特性和撞击加载的共同作用,是造成各构件内力差异的主要因素。为得到比较真实精确的结果,设计人员应当考虑码头结构在船舶撞击下的瞬态动力影响,其研究成果能够为类似工程设计提供参考作用。     

水动力荷载与闸门振动

分析了水动力荷载与闸门振动特性，采用实验模态分析验证有限元数值计算得到的闸门模型特性，并进行闸门结构的优化设计，应用随机振动理论分析闸门结构的随机振动响应，计算实例，表明，优化闸门结构的动特性可有效地提高闸门的抗振性能。     

地震作用下分离卸荷式板桩码头动力响应研究

本文对水平向地震作用下的分离卸荷式板桩码头动力响应进行了有限元数值模拟。对码头施工过程进行了模拟,通过与现场试验结果对比,检验了有限元模型的合理性和正确性,并进行了不同强度地震作用下分离卸荷式板桩码头的动力响应数值计算。结果表明:在水平向地震荷载作用下,前墙-拉杆-锚碇墙以及前桩-后桩-卸荷平台均能形成整体结构受力体系,仍然发挥承担荷载的作用;后桩的弯矩方向在动力作用下可能发生改变,但前墙、前桩和锚碇墙的弯矩方向基本不变;随着地震峰值加速度的增大,前墙、前桩、后桩、锚碇墙以及拉杆的最大内力值都呈现为不同比例的增大,其中前墙弯矩增幅最大,锚碇墙弯矩和拉杆拉力的增幅次之,前桩和后桩的弯矩增幅最小,表现出了码头结构分离卸荷的特点。     

内河框架码头桩柱绕流水动力特性的二维数值模拟

桩柱绕流水动力特性直接决定水流对桩柱作用力的分布规律,是内河框架码头水流荷载计算的基础。结合计算流体动力学(CFD),依托内河框架码头实际工程,进行了内河框架码头大直径桩柱串列及并列4桩柱绕流水动力特性的二维数值模拟,系统分析了不同流速及不同桩间距下桩柱绕流尾流流场形态,揭示了桩柱绕流阻力系数、升力系数、斯特劳哈尔数随桩间距和流速的变化规律。研究了串列及并列4桩柱绕流流场形态和水动力特性,不同流速及不同桩间距下的遮流影响效应、遮流影响系数以及横向影响系数的变化。数值模拟与分析结果可为计算类似内河框架码头水流荷载提供一定的技术参考。     

基于一维水动力模型和县江堤内河洪水风险分析

采用水动力模型对和县江堤内河洪水溃堤后的风险情况进行分析,根据现状条件建立水动力模型,以设计防洪条件作为水动力计算边界条件.计算结果表明,溃堤后部分区域存在淹没风险,造成的经济损失较大,需采取防洪治理工程,以保证居民安全.     

Time-domain hydrodynamic analysis of pontoon-plate floating breakwater

The hydrodynamic behaviors of a floating breakwater consisting of a rectangular pontoon and horizontal plates are studied theoretically. The fluid motion is idealized as two-dimensional linear potential flow. The motions of the floating breakwater are assumed to be two-dimensional in sway, heave, and roll. The solution to the fluid motion is derived by transforming the governing differential equation into the integral equation on the boundary in time domain with the Green’s function method. The motion equations of the floating breakwater are established and solved with the fourth-order Runge-Kutta method to obtain the displacement and velocity of the breakwater. The mooring forces are computed with the static method. The computational results of the wave transmission coefficient, the motion responses, and the mooring forces of the pontoon-plate floating breakwater are given. It is indicated that the relative width of the pontoon is an important factor influencing the wave transmission coefficient of the floating breakwater. The transmission coefficient decreases obviously as the relative width of the pontoon increases. The horizontal plates help to reduce the wave transmission over the floating breakwater. The motion responses and the mooring forces of the pontoon-plate floating breakwater are less than those of the pontoon floating breakwater. The mooring force at the offshore side is larger than that at the onshore side.     

波浪群性作用下系泊船运动响应和统计特征值分析

码头前系泊船的运动响应与缆绳张力对于码头的运营安全至关重要。波群对系泊浮体波浪载荷特性不同于普通的随机波浪,具有一定的特殊性。该文对两种模拟波群方法进行了讨论,分析了两种模拟波群方法的特点以及群性与波浪统计特征值之间的关系。在此基础上开展了群性波浪作用下系泊船的运动响应研究,得出了谱峰因子?、群高参数GFH和群长参数GLF与波浪特征波高的变化规律。     

开孔桥墩墩后水动力特性PIV试验

为探讨桥墩上设置开孔对墩后水流结构的影响,采用粒子图像测试技术(PIV)对矩形开孔桥墩墩后的水平面和立面流场进行了测量,并对墩后的水流结构进行了分析。结果表明:矩形开孔桥墩能够改变开孔位置所在水深处尾流的运动规律,贯穿方孔的高速水流与墩侧绕流以及墩后低速区水流形成强烈的剪切作用,抑制了大尺度旋涡的发展与运动,并且切断了墩后底部水流的上升运动轨迹;墩后瞬时流场存在周期性的运动规律,具有高度间歇特性。     

驶经桥墩船体非定常水动力相互作用数值预报

应用CFD软件对船舶通过桥区时的船体-桥墩水动力相互作用进行数值研究,通过使用动网格技术及UDF进行船舶运动过程中的网格更新,对船舶沿直线航线匀速驶经桥墩时的非定常粘性流场进行数值模拟,对桥墩诱导的船体非定常水动力进行数值预报,其中假设船舶航速很小,因而自由面兴波的影响可以忽略。以一艘集装箱船和一个垂直柱体桥墩模型为例,选取不同的船体-桥墩横向距离进行了数值计算,得到了作用在船体上的横向力和转首力矩时历曲线,分析了船体-桥墩横向距离对船体非定常水动力的影响。     

基于水流动力作用的河道岸坡稳定性能分析

以水动力学为基础,以山东某河道岸坡为例,采用水动力学-土力学边坡分析方法分析了岸坡在水流动力作用下的变化规律。分析结果表明：不同土质类型的岸坡受到河流冲刷作用的影响程度不同,粒径越大的土质越易受到冲刷,基于水流动力作用的岸坡稳定性分析方法能够更为真实的反映岸坡形态以及稳定性随时间变化的规律。     

水面漂浮式光伏电站浮式基础结构分析研究

因土地资源稀缺,传统地面光伏电站开发受到极大限制,如何有效克服陆地光伏行业发展的瓶颈,成为新能源行业亟待解决的问题,水面漂浮式光伏电站的出现解决了传统光伏发电领域土地短缺的难题。针对水面漂浮式光伏电站中最为重要的浮式基础,利用有限元分析软件对其开展了模态分析和不同波浪载荷条件下的结构分析。根据分析结果,指导了浮式基础在具体应用中的设计和制造,实践效果理想,验证了基础结构分析的可靠性。     

直立摇板简谐摇荡造二维波时所受水动力矩的频域二阶解和时域线性解

本文给出直立摇板简谐摇荡造二维波时所受水动力矩的频域二阶解和时域线性解的解析表达式,可供估算摇板式造波机设计功率时使用,也可为摇板所受水动力矩时域非线性数值计算提供比较的依据。     

海上漂浮式风力机Spar平台动态特性分析

建立基于Umaine-Hywind Spar平台的漂浮式风力机整机模型,针对平台进行水动力特性分析,主要研究结构的时域动态响应和频域波浪力响应。利用有限元软件ANSYS中水动力计算模块,考虑风、浪、流联合载荷,得到风力机平台的时域和频域特性,通过平台随时间的位置变化幅度分析了平台的动态响应特性;分别研究了各波浪力成分对结构运动的贡献,并探讨了波浪力随频率的变化趋势。结果表明：结构在低频波浪作用下容易出现较大响应,包括幅值响应算子和所受波浪力;在主要波浪力成分中,附加质量力峰值最大;结构在外界载荷作用下平台的偏转运动比水平位移运动更显著。     

船行波作用下桥梁浮式施工平台动力响应分析

为研究船行波对浮式平台动力响应的影响,以国内某桥施工中设计的浮式平台为研究对象,使用海洋工程有限元分析软件 USFOS 建立了包含龙门吊在内的浮式平台模型,分析了浮式施工平台对波浪周期的敏感性,并研究了船舶航速以及船行波入射角度对浮式平台动力响应的影响。结果表明: 波浪周期对浮式结构动力响应影响很大,浮式平台自振周期应尽量远离船行波周期,以降低平台动力响应; 船舶航速增高会使波高、周期增大,设计航速应考虑浮式结构在波浪荷载下的动力响应影响; 船行波浪入射角度对该类结构的动力响应影响较大,按照 0°的入射角进行动力响应分析会低估船行波浪荷载影响。此研究成果对浮式施工平台的设计及施工具有一定的指导意义。