码头系泊缆绳张力的蒙特卡洛算法

系泊船舶缆绳张力的模型实验研究和理论计算对于缆绳的选取、系泊设备的设计、系泊方式及预紧力的确定,以及船级社规范的制订都有着重要的指导意义,国内对码头系泊的研究相对较少,且主要依赖于模型实验,本文对系泊船舶缆绳张力的计算建立了数学模型,用蒙特卡洛算法对系泊非线性方程组进行了求解,并编制了计算程序,与实验结果相比,有较好的一致性,用此数学模型的方法求解船舶在风浪流联合作用下缆绳的静张力是可行的。     

水下系泊支撑平台非线性动力响应

针对水下系泊支撑平台在水流涡激作用下的非线性动力响应,基于水力学理论和海洋工程结构力学理论,建立流固耦合非线性动力学方程。采用伽辽金法和综合数值解法,计算了支撑平台浮体固有频率与漩涡泄放频率相近发生谐振时,系泊浮体的非线性动力响应。结果表明,第一阶振型对振动位移的贡献最大;高阶振型对振动位移的贡献依次减小,且各阶模态随时间变化呈现明显的非线性特征。高阶模态对动弯矩、动切力的贡献要远远大于对振动位移的贡献,尤其是对动切力的影响非常大。在计算动力响应时,应该多取几阶振型来保证计算精度。     

海洋系泊链钢22MnCrNiMo腐蚀磨损试验与数值分析研究

建立了锚链在海洋环境中腐蚀磨损(简称"磨蚀")累积损伤数值分析方法,该方法采用非线性有限元分析,能够同时考虑锚链链环间接触面在海水中的腐蚀和磨损耦合损伤。针对22MnCrNiMo低碳低合金钢材料,进行了力学性能、海水侵蚀以及磨蚀性能等多方面的试验研究,确定了基于该材料的锚链链环间接触面在海水中磨蚀损伤数值分析中的相关参数。通过对计算结果与试验结果的比较分析,验证了锚链链环间接触面磨蚀累积损伤数值分析方法的可行性与准确性。     

Parallel finite element simulation of mooring forces on floating objects

The coupling between the equations governing the free‐surface flows, the six degrees of freedom non‐linear rigid body dynamics, the linear elasticity equations for mesh‐moving and the cables has resulted in a fluid‐structure interaction technology capable of simulating mooring forces on floating objects. The finite element solution strategy is based on a combination approach derived from fixed‐mesh and moving‐mesh techniques. Here, the free‐surface flow simulations are based on the Navier–Stokes equations written for two incompressible fluids where the impact of one fluid on the other one is extremely small. An interface function with two distinct values is used to locate the position of the free‐surface. The stabilized finite element formulations are written and integrated in an arbitrary Lagrangian–Eulerian domain. This allows us to handle the motion of the time dependent geometries. Forces and momentums exerted on the floating object by both water and hawsers are calculated and used to update the position of the floating object in time. In the mesh moving scheme, we assume that the computational domain is made of elastic materials. The linear elasticity equations are solved to obtain the displacements for each computational node. The non‐linear rigid body dynamics equations are coupled with the governing equations of fluid flow and are solved simultaneously to update the position of the floating object. The numerical examples includes a 3D simulation of water waves impacting on a moored floating box and a model boat and simulation of floating object under water constrained with a cable. Copyright © 2003 John Wiley & Sons, Ltd.     

The numerical solution of the pre-elimination models of cable configurations

The pre-elimination model of the segmented representation of cable shape consists of a system of n nonlinear algebraic equations with the orientations of the n discrete segments as unknown variables. In this paper the banded structure of the Jacobian of the system is utilised to derive an efficient Gauss-Newton solution of the nonlinear equations. It is shown that the finite difference approximation to the Jacobian can be obtained with only three vector function evaluations instead of n. It follows that the computational effort for each iterative adjustment to the approximate solution is linear in n, which means that such pre-elimination cable modelling with the associated numerical solution method is an economical way of solving cable problems.     

深水半潜式平台模型试验与数值分析

以一座工作水深为1.5 km的深海半潜式钻井平台及其锚泊系统为例,对其在280 m等效截断水深锚泊系统系泊下的6自由度运动和锚链受力进行模型试验研究,缩尺比取为1∶70.采用非线性时域耦合分析法对原深海半潜式钻井平台系统进行数值分析,并将模型试验和数值分析结果进行比较.结果表明:等效截断水深锚泊系统在静力方面可较好地模拟全水深锚泊系统,动力相似上的不足导致其锚链受力最大值与全水深锚泊系统的相差较大;截断水深模型试验对全水深锚泊系统系泊下的半潜平台运动响应的预报较为可信,而平台锚系的受力情况需辅以数值模拟进行研究.     

基于模矢搜索的船舶系泊评价函数

分析了大型船舶系泊时受力情况,建立了船舶系泊时环境力、缆绳和护舷的受力计算数学模型.根据系泊船舶的受力分析,建立了船舶系泊评价函数,利用模矢搜索法优化求解了船舶系泊评价函数,为船舶系泊安全评价提供了理论依据.利用船舶系泊评价函数计算了175000DWT散货船码头系泊时缆绳和护舷受力,并对计算结果与系泊试验结果和以往的蒙特卡洛计算结果进行比较分析.结果表明,所提出的船舶系泊评价函数和模矢搜索的优化算法是正确的,可以用于对船舶系泊安全进行评价.     

基于参变量变分原理的直升机系留载荷高性能计算方法

为了保证直升机在舰船上的安全性,必须使用系留设备将直升机系留在舰船上。直升机的系留问题可简化为由机身刚体、索具和起落架组成的杆件系统,索具只承受拉力而不承受压力,起落架只承受压力而不承受拉力。因此,直升机系留问题为典型的强非线性问题,需要发展有效的求解算法。在考虑大变形的情况下,基于参变量变分原理建立了求解直升机系留载荷的高性能计算方法。该方法利用参变量变分原理能够准确判断索具和起落架的拉压状态,并将材料非线性静力问题转换为线性静力互补问题求解,极大地提高了结果的收敛性。数值算例中,通过与有限元通用软件NASTRAN和ABAQUS计算结果比较,证实了该方法的精确性、收敛性及高效性。     

锚泊浮船坞的水动力性能

提出了一种浮船坞锚泊系统响应分析的数值计算模型,运动方程在时域内求解．三维混合积分方程法用于计算浮船坞在频域内的水动力系数和波浪扰动力,并消除了不规则频率的影响．假想作用力法用于模拟锚泊线的作用,考虑了锚泊线的弹性和流力作用．计算和实验证明,在锚链中设置块重能减小浮船坞的最大运动幅值及锚链张力峰值．由于波频运动的影响,交叉锚泊系统其锚链所受的张力幅值比开式锚泊系统大,从而使得交叉锚泊系统锚链的疲劳寿命比开式系统短．     

波浪浮标系留系统

为减少波浪浮标系留系统对浮标在波浪中的运动响应的影响,保证系统对波浪参数,特别是其中的波浪方向参数测量的准确度,在新研制的SBF3-1型波浪浮标遥测系统中,首次采用了带有弹性部件的弹性系留系统,该弹性部件由专门研制的橡胶缆绳和相应的螺旋状护缆组成。经过半年多的海上试验证明,使用该系统后所测量出的波浪数据更接近真实值。