深海安装过程中作业系统与波浪海流水动力耦合特性与时域模拟研究

Focusing on the process of deep sea installation, the hydrodynamic interactions of deep sea installation system with waves and current, and the system motions are studied. The various influential factors of wave and current on barge-cable-body are analyzed. A general solution of the outer flow is developed to match the solution to a variety of interior problems and interior solution methods for the infinite fluid domain problems. The novel technique and solution method to solve the wave-body interaction problem by coupling inviscid and viscous flow are established. Based on the above mentioned methods, a new time-domain simulation model for deep sea installation system with wave and flow is set up after taking into the effect of cable or mooring system. The characters of hydrodynamic interaction and motion of deep sea installation system under rough sea conditions are investigated by using the simulation method. The present simulation method is new and helpful for us analyzing the mechanism of deep sea installation process.

针对深海安装过程，就海上安装作业系统与波流水动力耦合特性及运动模拟开展研究，分析影响船-缆-体的海洋环境各要素，对无限大流场进行区域分割与边界匹配流动条件研究，研究物体近场的无粘流与粘性流耦合建模和求解方法，缆索模拟采用时域有限元法，分析深海安装系统和过程的相互作用机制，建立深海安装作业的分析理论和时域模拟模型，研究数值模拟方法并自主开发相应软件，时域模拟研究复杂海况下深海安装作业系统的水动力耦合和运动特性，分析评估典型工况下的深海安装。海上安装的安全至关重要，本项目综合应用船舶与海洋工程学科和力学学科的理论和方法，建立深入分析深海安装过程的理论和模型、发展时域模拟并求解的新方法、研发新手段，通过复杂工况下深海安装作业进行预报和相关机理分析，揭示海上作业系统水动力耦合作用的本质，为深海海洋装备的海上安装提供理论指导和安全保障，提升我国深海安装的技术水平。

项目研究建立船-缆-体动力耦合的受力分析模型；展开无限流场的流体流动数值计算方法和边界条件研究，针对浮体辐射绕射这一水动力难题，无论是频域还是时域，都给出了区域分割的边界匹配方法，相应开发的方法和程序，适用性强，解决了船海工程界数值计算外飘船型的难题；建立适合分析波浪物体互相作用的粘性流/无粘流匹配耦合计算求解的新技术和方法，进行验证分析；进行数值软件开发，对复杂海况下典型作业工况进行了时域模拟研究与评估分析，数值结果都得到了模型试验验证；项目组参加了国际船舶与海洋工程界最为著名的学术会议ISOPE和OMAE会议，深入地进行学术交流，扩大了影响力。项目成果颇丰，实施过程中完成浮体频时域运动预报软件著作权2项；发表期刊论文40多篇，其中SCI论文近20篇，EI论文12篇，远远超过原先目标；完成著作一本《船舶在波浪上的运动理论》，也成为研究生教材，适合广大水动力研究者参考；项目组博士生成员2017年获ISOPE国际学术全球最佳论文奖（唯一），2018年获得上海交通大学优秀已经博士论文提名奖，多名硕士生毕业被欧美名校录取为博士生。