计及航行姿态变化的高速多体船阻力预报

对于高速航行的船舶,由于船体航行姿态变化明显,以该吃水下设计浮态为基准的阻力计算结果并不能准确预报其实际航行阻力.本文针对多体船高速行驶的兴波问题,采用动网格技术实现了基于动力学平衡预报船体航行时姿态变化和阻力计算,研究中就高速行驶的三体船绕流场进行了模拟计算,并和相关实验进行了比较.研究表明动网格技术应用避免了由于船体运动造成流场网格扭曲与计算发散等问题,具有良好的稳定性,该方法充分考虑了船体姿态的影响,对高速多体船的兴波阻力计算预报更为准确.     

FPSO串靠外输系统动力分析

FPSO串靠外输方式因其对环境的适应性好,安全性较高,是FPSO原油外输的主要方式。该文考虑了风、流和系泊缆索的耦合动力,建立了FPSO串靠多浮体系泊系统的时域耦合运动模型,其中浮体时域水动力系数由频域的结果通过快速傅立叶变换转换得到。数值求解时,浮体时域运动方程采用Newmark-β法,系泊缆索采用时域非线性有限元方法。基于自主开发的Fortran计算程序对南海海域一艘张紧式系泊FPSO与其配套的躺底式系泊穿梭油轮及两船间系泊大缆组成的串靠输油系统进行了理论计算,得到了FPSO及穿梭油轮的纵荡运动响应,系泊缆索上端点张力,系泊大缆张力等时间历程。通过谱分析讨论了低频波浪力和波频波浪力对FPSO串靠系泊系统的作用。同时探究了风向和流向对FPSO串靠系统的影响。该串靠多浮体系泊系统耦合动力模型能合理解释物理现象,可用于分析实际作业的串靠外输系泊系统。     

迎浪船舶的参数横摇分析

本文该文建立了三维非线性时域模拟运动方程;应用泰勒展开得到参数共振项系数;基于势流理论给出了非线性运动方程中来波影响项系数的确定方法.分析了发生参数横摇的范围和幅度;对船舶在不同波高、不同遭遇频率下的参数横摇幅值进行了系列预报,得到船舶参数横摇的发生区域图.     

随机海浪下的船舶非线性横摇与安全池研究

船舶大幅横摇运动是复杂的非线性问题,也是导致船舶倾覆的主要原因之一.该文通过对随机海浪下船舶非线性横摇运动进行分析,建立了横摇运动微分方程,采用数值方法在时域内对微分方程进行积分,模拟了船舶横摇运动响应,并研究了—实船在随机海浪中安全池的破损情况,得出该船的生存概率,分析了不同有义波高和航速下生存概率的变化.研究表明,数值方法以及安全池理论可用于预测船舶在随机海浪中的生存概率,从而可为船舶稳性衡准提供相关的参考.     

深海浮式风机在波浪上的运动响应分析

浮式风机系统在作业中受到空气动力、波浪力和系泊系统系泊力的共同作用。该文建立了一种时域耦合分析方法对浮式风机系统进行全耦合运动响应分析,主要包括空气动力模块、水动力模块和系泊系统模块。空气动力模块采用CFD方法模拟风机叶轮受到的风载荷,并通过NARMAX理论建立风载荷模型;水动力模块采用势流理论,通过自由面GREEN函数法计算浮体的频域水动力系数,再将结果转换到时域;系泊系统模块采用锚泊线理论,用三维有限元方法对挠性部件进行分析;系统的运动采用Newmark-β方法求解。在此基础上,针对一深海Spar型浮式风机系统建立耦合模型并进行计算,得出风载荷模型、平台的水动力系数以及在脉动风下浮体运动响应和系泊缆索张力响应。经验证,该耦合模型的计算结果可为风机和系泊系统的设计提供一定的参考依据。     

随机波浪下的船舶大幅横摇和倾覆研究

船舶大幅横摇运动是非常复杂的非线性问题也是导致船舶倾覆的主要原因之一.该文通过对船舶非线性横摇运动进行分析,建立了船舶横摇运动微分方程,引入形状滤波器,将实际海浪序列表示为白噪声后通过这一形状滤波器输出.并运用马尔科夫过程理论,采用路径积分法,在时间域内求解相应的四维Fokker-Planck方程,得到了随时间演变的船舶横摇运动的转移概率密度,结合首次通过理论,求得船舶倾覆概率分布随时间的演变过程.将理论计算结果与模型试验结果进行比较,两者吻合较好.研究结果表明,路径积分法能用于预测船舶倾覆前持续时间的概率分布,因此可为船舶设计和稳性衡准提供相关的参考.     

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。     

Boussinesq方程的二阶椭圆余弦驻波解

等深浅水域中的流体运动可由Boussinesq方程描述.众所周知,该方程有行进波解(孤立波及椭圆余弦波).本文则以Boussinesq方程为控制方程,利用渐近匹配法对椭圆余弦波在直墙上反射进行研究,给出了反射过程中内、外场波形及速度变化的解析表达,从而得到了Boussinesq方程的二阶椭圆余弦驻波型的解析解,并讨论了这类驻波的若干性质.当波长无限增大时,所得解析解收敛于孤立波的情况.这些解析结果不仅有助于揭示岸坡对非线性浅水波影响的力学机理,在海岸防护和开发和岸壁附近结构物的设计条件等工程领域中也具有现实的指导意义.     

四维路径积分法解随机海浪下船舶横摇倾覆概率

该文利用二阶自回归模型制作的滤波器,将输入的白噪声转化为有色噪声以模拟真实海况的海浪谱。通过分析船舶大幅横摇运动,建立船舶非线性微分运动方程。将上述两个方程相结合,并转化为伊藤微分方程,通过路径积分法,求解相应的四维Fokker-Planck方程,得到随时间变化的船舶大幅非线性横摇运动的转移概率密度,将其与有限差分法计算得到的结果进行比较。研究结果表明,四维路径积分法具有较高的计算精度可以很好地预测船舶横摇概率分布情况,为船舶稳性衡准提供了相关参考。     

三维频域有航速格林函数的数值计算与分析

Havelock型三维移动脉动源格林函数的计算是面元法求解航行船舶在波浪中的运动问题的关键.该文基于单重积分形式的移动脉动源格林函数,采用LOBATTO法以消除积分区间端点处的奇异性,采用多项式法快速准确计算复指数积分,在格林函数的偏导数积分计算中对复指数积分项进行了分部积分处理,解决了格林函数在π/2处被积函数趋于无穷且出现高频振荡所导致的积分困难.数值计算和比较表明:该方法可以准确计算出不同航速和脉动频率下任意位置的格林函数及其偏导数,能准确给出不同速度下三维移动脉动源的波形,适合用于有航速浮体的频域水动力计算中.