计算,预测了由 6 个单体组成的中空浮动结构对波浪的运动响应,其预测结果与实验相
吻合。并于 2001 年使用三维线性势流理论分析浮式结构物的间距对水动力参数的影响, 发现随着浮体间距离增大水动力系数的变化幅度反而减小并在此过程中发现水动力系 数极值的出现存在很强的规律性:相邻的极值之间的间距为半个波长或一个波长。
Teigen[12]于 2000 年采用三维线性理论研究了张力腿平台和驳船在旁靠状态下的水
动力干扰问题。结果表明,考虑水动力耦合的结果与未考虑水动力耦合情况下的结果相 差较大。
何广华[13]等于 2006 年采用半解析的比例边界元法,求解两浮箱之间直接相互作用 的水动力参数,与边界元方法相比此方法的计算更为快捷。
朱仁传[14]于 2008 年在三维频域势流理论的指导下,采用数值模拟方法求解了小间 距下圆筒形和箱形浮体、并列箱形等多浮体系统的水动力性能。并分析了浮体间距对浮 体所受的波浪力和水动力相互作用的附加质量和阻尼系数的影响。研究表明,在某些频 率处波浪力与浮体间相互作用的水动力系数出现了强烈的共振现象,但是还不能预报准 确的共振频率。
赵文华[15]于 2014 年同样采用三维频域势流理论,对单个浮体在我国南海百年一遇 波浪作用下的响应特性进行了预报,并获得了 FLNG 船体的附加质量、阻尼系数等水动 力参数以及船体运动的幅值响应算子(RAO)。
2 时域耦合分析 各国学者在研究多浮体系统时,既需要关注浮体间水动力干扰作用,也必须研究多
浮体间的水动力和浮体间其他连接机构的耦合作用。一般都采取时域非线性耦合分析方 法对这些连接机构进行研究。目前时域耦合分析方面的研究主要针对 FLNG-LNG 船旁靠 或串靠的运输系统的模拟。
海洋平台在深海中处于系泊状态时,系泊、立管系统和多浮体之间的耦合运动响应 成为主要考虑的内容。浮体大幅运动是由于二阶低频力所导致得。Wichers[16]于 1988 年 在其博士论文中提出了如何用时域非耦合方法解决 FPSO 及其系泊系统的问题。但是后 来发现浮体和系泊系统是不能分开计算的,需要考虑两者之间的相互作用。Fang 和 Kim[17] 于 1986 年运用二维切片理论研究了两浮式结构旁靠时的受力及运动特征,研究表明在 考虑多浮体系统旁靠时,必须考虑耦合后的水动力参数,计及周围浮体的影响。
面对以上问题,Inoue 和 Seif[18]于 1997 年考虑靠泊连接的非线性作用力,用时域 耦合分析方法研究了 FPSO 和并靠系泊 LNG 船的运动响应问题,并与频域结果进行了差 异对比。他们两位又于 1999 年在全面考虑 FPSO 和并靠系泊 LNG 船之间的水动力相互作 用以及并靠系泊连接的非线性的基础之上提出了多浮体系统运动和相对运动的频域和 时域数值分析方法,并将频域水动力参数通过时频转换方法转换成时延函数代入时域运 动微分方程,计算不规则波作用下的运动和受力,并与模型试验结果对比。结果表明,由于未考虑粘性阻尼的影响,横摇和首摇运动与实验结果相差较大,由于未考虑两船窄 缝间的二阶低频力的作用,横荡和纵荡运动也与实验结果相差较大。
三维数值的研究在计算机的发展下逐步走向成熟。边界元、有限元和计算流体力学 等方法渐渐被人类运用。Fang 和 Chen[19]在利用三维脉动源法计算了某载驳船模型的相 对运动和波面升高情况后发现三维方法更加贴近物理实际,能很好地解决二维切片理论 中驻波共振的难题。通过对比固定浮式结构系统和自由浮式结构系统的水动力参数,他 们还发现了自由结构系统中的自由振荡运动会使得波浪升高更加明显而固定结构系统 中遮蔽效应突出。