水中结构的动力响应分析

- 23 -第5期垂荡板对Truss Spar平台动力响应的影响分析孙伟（青岛黄海学院， 山东 青岛 266427）[摘 要] 随着深海石油开发需求的不断增加，Spar平台的设计制造成为海油工程领域关注的热点。

为探究垂荡板结构对Truss Spar平台动力响应的影响，在三维势流理论的动力响应方程的基础上，利用水动力计算软件ANSYS-AQWA，建立Truss Spar平台水动力模型，改变中段部分的桁架式结构中垂荡板的数目，应用频域分析法对附有不同数目垂荡板的Truss Spar 平台进行动力响应计算和比较。

计算结果表明，垂荡板结构能有效抑制Truss Spar平台的运动，而且垂荡板的数量越多对平台的垂向运动性能的改善效果越好。

[关键词] Truss Spar平台；垂荡板；AQWA；频域分析法作者简介：孙伟（1987—），女，山东临朐人，硕士，讲师，主要研究方向船舶与海洋工程。

1 前言石油资源被称为各国经济发展的“血液”。

近年来，随着陆地近海油气资源的减少，世界各国已在大力发展深海油气勘探技术，Spar 平台因其良好的性能和经济性已成为深海油气勘探开发平台的主要发展方向。

Truss Spar 平台是目前应用最广泛的spar 平台。

深海油气勘探设备的安全性是我们关注的重点，Spar 平台的纵摇与横摇等对平台安全影响较小，影响Spar 平台安全的主要因素是平台的垂荡运动，当平台的垂荡运动周期与波浪周期相似时产生共振，将对平台的设施产生致命威胁。

经典Spar 平台通过大吃水来保证平台的垂荡固有周期，而Truss Spar 、Cell Spar 平台通过添加垂荡板来保证其垂荡周期远离波浪周期。

垂荡板的设置对于Truss Spar 平台的水动力性能起着至关重要的作用，垂荡板的设置数目是影响垂荡性能的重要因素[1]。

因此，研究垂荡板的结构设置问题对于平台整体的设计及安全性具有十分重要的意义。

2 动力响应的理论计算2.1 三维势流理论假设流体为不可压缩无旋的理想流体，流体的速度势必定满足拉普拉斯方程：（1）在三维势流理论的假设下，非定常流流体满足伯努利方程：（2）结合伯努利方程，可以得到总势能势来计算物体表面的压力分布，作用在物体上的波浪力和力矩。

Workbench中常见振荡浮子的水动力虚拟实验研究赵知辛;黄兰;王方成;牛建华【摘要】浮子是振荡波能发电装置的关键部分之一，影响着能级的转化效率。

利用ANSYS有限元软件Hydrodynamic Diffraction模块建立了圆柱型浮子和圆锥型浮子的有限元模型，通过改变其吃水深度，分析Z方向上的激励力，判断其较优尺寸；利用两者优化后模型构建陀螺型浮子有限元模型，并进行水动力分析。

研究利用ANSYS有限元软件Hy-drodynamic Diffraction模块验证了陀螺型浮子的优越性，证实了此模块在水动力分析中的可靠性和为实现振荡波能发电装置的小型化密集化提供了理论依据。

%The float is the key part of the oscillation wave energy power generation device and it influences the transfer effi-ciency of energy level. By the Hydrodynamic Diffraction model of the ANSYS software, this paper builds the finite element model on the cylindrical float and the cone float, and gets the Diffraction and Froude-krylov force on the z direction to deter-mine the better size of common float;then builds the gyro float and does hydrodynamic analysis. This paper uses the Hydrody-namic Diffraction module of the ANSYS software to verify the superiority of the gyro float, and to confirm the reliability of the module in analysis of the Hydrodynamic, it provides a theoretical basis for the miniaturization of oscillation wave energy power generation device.【期刊名称】《机械研究与应用》【年(卷),期】2015(000)004【总页数】4页(P88-90,93)【关键词】振荡波能发电;圆锥型浮子;圆柱型浮子;陀螺型浮子【作者】赵知辛;黄兰;王方成;牛建华【作者单位】陕西理工学院，陕西汉中 723000;陕西理工学院，陕西汉中723000;陕西理工学院，陕西汉中 723000;陕西理工学院，陕西汉中 723000【正文语种】中文【中图分类】TM6190 引言占地球表面积71%的海洋蕴藏着巨大的可再生能源，主要包括海洋风能、潮汐能、波浪能、海流能、温差能和盐差能等［1］。

浅谈对结构动力学的认识摘要：简单地讲述了对结构动力学的整体认识，介绍了结构动力学的发展历程，结构动力问题的几大特点，结构动力问题的分类，结构系统的动力自由度及其离散方法（包括集中质量法、广义坐标法和有限单元法），建立运动方程的方法（包括利用达朗贝尔(d'Alermbert)原理的直接平衡法，虚位移原理建立振动方程，哈密顿(Hamilton)原理建立振动方程）。

关键词：结构动力学；质量；阻尼；运动方程On understanding of structure dynamics Abstract: This paper simply tells the overall understanding of structure dynamics, and introduces the development course of structure dynamics, a few big characteristics of structure dynamic problem , the classification of structure dynamic problem, the structure of the system and its dynamic freedom discrete method (including focus on quality method, generalized coordinates method and finite element method), the method for establishing the equations of motion (including the use of d'Alermbert principle direct balance method, vibration equation with imaginary displacement principle, establish vibration equation with Hamilton principle).Key words: structure dynamics; quality; damping; equations of motion1结构动力学发展简介结构动力学是研究结构体系的动力特性，及其在动力荷载作用下动力响应分析原理和方法的一门技术学科。

冲击波和气泡作用下舰船结构动态响应的数值模拟王诗平;孙士丽;张阿漫;陈海龙【摘要】针对水下爆炸载荷、瞬态流固耦合效应在舰船水下爆炸数值模拟中的困难,在现有水下爆炸载荷计算模型(Geers and Hunter)的基础上,结合边界元法,修正水下爆炸气泡载荷计算方法.针对用二阶双渐近法(the second-order doubly-asymptotic approximation,DAA2)在处理低频大幅运动流固耦合问题时的局限性,提出非线性双渐近法(nonlinear doubly-asymptotic approximation,NDAA),计入了舰船大幅低频运动、自由面效应等非线性因素,并与结构有限元程序相结合,形成一套适合于工程应用研究的舰船水下爆炸数值模拟程序.数值模拟结果与实验结果的平均误差在16.8％左右,说明NDAA方法可为冲击波和气泡对舰船结构毁伤数值模拟提供参考.%Aimed at the difficulties of underwater explosion load and instantaneous fluid-structure interaction in the numerical simulation of dynamic response of warship structures, based on the Geers-Hupter model, a modified model for calculating the underwater explosion bubble load was proposed by combining with the boundary element method. To overcome the shortcoming of the second-order doubly-asymptotic approximation (DAA2) method in treating the fluid-structure interaction with low frequency and large amplitude motion, a nonlinear double asymptotic approximation (NDAA) method was presented by considering the nonlinear factors such as the violent low-frequency response of the warship and its free surface effect. And a code was developed by combining the presented NDAA method with the finite element code to numerically investigate the dynamic response of warship structuressubjected to underwater explosion Shockwaves and bubbles. The mean error between numerical and experimental vertical vibration velocities at the different positions is about 16. 8% , and it displays that the presented NDAA method is feasible.【期刊名称】《爆炸与冲击》【年(卷),期】2011(031)004【总页数】6页(P367-372)【关键词】爆炸力学;非线性双渐近法;边界元法;舰船;水下爆炸;冲击波;气泡【作者】王诗平;孙士丽;张阿漫;陈海龙【作者单位】哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001;哈尔滨工程大学船舶工程学院,黑龙江哈尔滨150001【正文语种】中文【中图分类】O382.1水下爆炸主要包括冲击波和气泡［1-13］，通常冲击波对舰船结构造成严重的局部毁伤，气泡对舰船造成总体和局部双重毁伤。

波浪下“蓝鲸”号起重船系泊吊装组块耦合运动响应朱绍华;于文太;李广帅;季红叶;谢芃;骆寒冰【摘要】采用水池模型试验和数值模拟方法,对“蓝鲸”号大型起重船吊装海洋平台上部组块的过程开展运动响应研究,对比分析无吊物和吊物施工时的运动结果,两者吻合较好,讨论在顶浪规则波工况下该复杂耦合系统的运动响应特性.研究结果揭示在波浪中系泊起重吊装组块耦合运动机理,为海洋平台吊装施工作业提供技术支持.【期刊名称】《中国海洋平台》【年(卷),期】2019(034)001【总页数】5页(P53-57)【关键词】起重船;吊装作业;耦合运动响应;模型试验;数值模拟【作者】朱绍华;于文太;李广帅;季红叶;谢芃;骆寒冰【作者单位】海洋石油工程股份有限公司,天津300461;海洋石油工程股份有限公司,天津300461;海洋石油工程股份有限公司,天津300461;天津大学建筑工程学院,天津300350;天津大学建筑工程学院,天津300350;天津大学建筑工程学院,天津300350【正文语种】中文【中图分类】U664.40 引言在系泊起重船吊装海洋平台大型上部组块时，现场风、浪、流等海洋环境条件复杂。

如果上部组块运动幅度较大，其将不能被正常安装到导管架上，影响现场施工进度。

在严重情况下，剧烈的组块运动会威胁海洋平台结构物和现场施工人员的安全。

随着需吊装的上部组块质量的逐渐提高，合理分析预报施工时吊物的运动响应，可有效指导现场安装作业，提高作业效率及安全性。

开展波浪下系泊起重船与吊物的耦合运动研究具有重大的理论意义和工程应用价值。

近年来国内专家学者对起重船-吊物系统的耦合运动做了一定的研究工作。

董艳秋等[1]研究起重船在波浪中作业时吊物系统的动力响应，建立在起吊过程中重物运动的非线性微分方程，采用新切片理论在频域内得到船体的运动，用Runge-Kutta方法在时域内求得重物在空间的动力响应和吊索的动张力。

汪娟娟等[2]利用 MOSES 计算软件，分析船舶-吊物耦合系统的运动特性。

2024年辽宁省初中学业水平考试物理试卷（本试卷共24小题满分80分物理和化学考试时长共150分钟）一、选择题：本题共9小题，每小题2分，共18分。

在每小题给出的四个选项中，第1~6题只有一项符合题目要求，选对的得2分；第7~9题有多项符合题目要求，全部选对的得2分，选对但不全的得1分，有选错的得0分。

1. 为保护视力，应认真做好眼保健操，做一遍眼保健操的时间大约是（）A. 5sB. 5minC. 50minD. 5h2. 刚煮熟的鸡蛋从热水中取出后，表面的水很快不见了，这是因为水发生了（）A. 汽化B. 凝华C. 熔化D. 升华3. 如图，斜插入水中的筷子，看起来弯折了的原因是（）A. 光沿直线传播B. 光的反射C. 光的色散D. 光的折射4. 2024年5月22日，辽宁男篮夺得2023-2024赛季中国男子篮球职业联赛（CBA）总冠军，实现了三连冠。

比赛中运动员投出的篮球（）A. 离开手后由于惯性继续运动B. 上升过程中重力势能减小C. 到达最高点时不受力的作用D. 下落过程中运动状态保持不变5. 手持小风扇的简化电路如图所示，下列说法正确的是（）A. 开关和电动机是并联的B. 导线通常用半导体材料制成C. 电池的作用是为电动机提供电能D. 通电后电流从电池负极经电动机流向正极6. 关于家庭电路和安全用电，下列说法正确的是（）A. 用电器着火时直接用水灭火B. 电线绝缘皮破损应及时更换C. 发现有人触电直接用手拉开触电者D. 电能表是测量用电器两端电压的仪表7. 2024年6月2日嫦娥六号探测器在月球背面着陆，着陆后探测器展开太阳能电池板，通过“钻取”和“表取”两种方式完成全球首次月球背面采样（月壤）任务。

采用铝基复合材料制成的外钻杆由设在辽宁省的某研究所研制，耐磨性和强度可与钢材媲美，实现减重65%。

下列说法正确的是（）A. 太阳、月球、探测器的空间尺度依次减小B. 太阳能是不可再生能源C. 铝基复合材料比钢材的密度小D. “钻取”时转动的外钻杆与跟它紧密接触的月壤之间有摩擦力8. 如图，某同学自制了一个扬声器，将线圈紧密粘贴在纸杯底部，在线圈上方放置一个强磁铁，在线圈中通入交变电流后，纸杯振动发声。

水下机器人结构随着科技的不断发展，水下机器人结构也在不断演变。

下面，我将对几种常见的水下机器人结构进行简要介绍。

鱼型机器人是一种模仿鱼类外形和游动方式的水下机器人。

这种机器人通常由一个鱼形的外壳和内部的控制系统组成。

它通过模拟鱼的游动方式，可以在水下进行前进、后退、转弯等动作。

鱼型机器人的优点是可以在水中自由行动，但是其结构与鱼的差异较大，难以实现高精度控制。

机械臂型机器人是一种具有可操控机械臂的水下机器人。

这种机器人的机械臂可以对其进行精细的操作，例如抓取、搬运等。

机械臂型机器人的优点是可以在水下进行较为精细的工作，但是其操作难度较大，需要专业的技术人员进行操作。

仿生型机器人是一种模仿生物体结构和运动方式的水下机器人。

这种机器人通常由一个仿生型的外壳和内部的控制系统组成。

它通过模拟生物体的游动方式，可以在水中进行高速、高精度的运动。

仿生型机器人的优点是可以在水中进行高速、高精度的运动，但是其结构较为复杂，制造难度较大。

轮式/履带式机器人是一种采用轮子或履带作为移动方式的水下机器人。

这种机器人通常由一个外壳和内部的控制系统组成。

它通过轮子或履带的移动方式，可以在水中进行前进、后退、转弯等动作。

轮式/履带式机器人的优点是在较为复杂的水下环境中具有较强的适应能力，但是其移动速度较慢。

以上就是几种常见的水下机器人结构。

每种结构都有其独特的优点和适用范围。

在选择水下机器人时，需要根据实际需求和场景来选择合适的结构类型。

随着科技的不断发展，水下机器人已经成为了海洋探索和科学研究的重要工具。

水下机器人的结构设计与其性能有着密切的，而参数优化则能够进一步提升其性能。

本文将探讨水下机器人的结构设计及参数优化。

水下机器人的框架结构是其最基本的部分，它决定了机器人的整体形状和尺寸。

框架结构通常采用轻量化材料，如碳纤维复合材料和铝合金，以减轻机器人的重量，同时还要保证足够的强度和刚度。

推进系统是水下机器人的重要组成部分，它决定了机器人的运动能力和效率。

船舶设计中的流体力学分析在船舶设计领域，流体力学分析是至关重要的环节。

它就像是船舶的“导航仪”，为船舶的性能、效率和安全性提供关键的指导。

要理解船舶设计中的流体力学，首先得明白什么是流体力学。

简单来说，流体力学研究的是流体（比如水和空气）的运动规律以及它们与物体相互作用时产生的力和能量变化。

对于船舶而言，水就是最主要的流体环境。

当船舶在水中航行时，水对船体产生了各种各样的力。

比如，阻力就是其中一个重要的方面。

阻力会影响船舶的速度和燃油消耗。

而阻力又可以分为多种类型，像是摩擦阻力，这是由于船体表面与水之间的摩擦产生的；还有兴波阻力，当船舶航行时在水面上形成波浪，这些波浪就会对船舶产生反向的作用力；再者是形状阻力，它与船体的形状和轮廓有关。

船舶设计师们在进行设计时，会通过流体力学分析来优化船体的形状，以减少阻力。

比如说，让船体的表面更加光滑，这样就能降低摩擦阻力。

对于兴波阻力，则会考虑船体的长度、宽度比例，以及船头和船尾的形状。

一个好的船头形状可以减少波浪的产生，从而降低兴波阻力。

除了阻力，船舶的稳定性也是流体力学需要考虑的重要问题。

稳定性不好的船舶在航行中可能会发生侧翻等危险情况。

流体对船舶的浮力和重心的影响，直接关系到船舶的稳定性。

通过流体力学分析，可以确定船体的最佳浮心位置和重心位置，保证船舶在各种海况下都能保持平衡。

在船舶的操纵性方面，流体力学同样发挥着重要作用。

船舶的转向、加速和减速等动作，都与水对船体和舵的作用力有关。

设计师们需要根据流体力学的原理，设计出合适的舵的形状和位置，以确保船舶能够灵活地响应驾驶员的操作指令。

为了进行准确的流体力学分析，现代船舶设计采用了多种先进的技术和方法。

计算流体力学（CFD）就是其中之一。

通过建立数学模型和利用强大的计算机进行数值模拟，设计师们可以在虚拟环境中模拟船舶在水中的运动情况，得到各种流体力学参数。

然而，CFD 也不是万能的。

它需要准确的边界条件和物理模型假设，而且计算结果也需要经过实验验证。

水下爆炸研究的现状和趋势尹　群1,2,陈永念2,胡海岩1(1.南京航空航天大学,江苏南京210003;2.华东船舶工业学院,江苏镇江212003) 提　要　本文综述了国内外水下爆炸研究现状,分析和总结了水下爆炸的研究方法,并指出了目前水下爆炸的研究热点和发展趋势。

主题词　水下爆炸　结构响应　科学技术研究　发展趋势1　前言 舰船在使用过程中,将会受到炸弹、导弹、鱼雷、水雷等武器的攻击。

在这些武器的非接触爆炸中,舰船将受到水中瞬态冲击波及气泡脉动压力等载荷的作用,可能导致舰船局部或总体结构的严重破损,造成舰沉人亡的恶果。

为保证舰船的安全和正常使用,提高舰船的生命力,应对水下爆炸现象、水下爆炸载荷作用下的舰船结构动力响应特性及其破坏模式进行详细深入的研究。

水下爆炸是指在极短时间内,在水下的极小体积内或面积上发生极大能量转换的过程。

水下爆炸大体可分为三个阶段:装药的爆轰、冲击波的产生和传播、气泡的形成和脉动。

当炸药在水中爆炸时,其周围介质直接受到具有高温、高速、高压的爆炸产物作用。

在装药和介质的界面处,爆炸产物以极高的速度向周围扩散。

它如同一个超音速活塞一样,强烈地压缩着相邻的水,使其压力、密度、温度突跃式地升高,形成初始冲击波。

随着冲击波的离开,尔后爆炸产物在水中以气泡的形式存在并不断膨胀与压缩,在条件有利的情况下,这种脉冲可达十来次,并同时产生附加的脉动压力。

一般情况下,水中冲击波压力峰值大,但持续时间短(仅数十毫秒到数百毫秒),因而容易造成舰船及水下结构局部板的严重破损,而脉动压力峰值虽小(仅为前者的l5%～20%),但持续时间远大于前者(约1s左右〉,且气泡脉动压力的运动基频与水下结构一、二阶频率十分接近,因而容易使水下结构产生振荡,从而造成严重的总体结构　本文受到江苏省船舶先进设计制造技术重点实验室资助。

　作者简介:尹群(1964-),男,副教授。

破损。

水下爆炸还有可能使水下壳体产生整体失稳及断裂失效现象。