美国和日本超大浮体结构的研究
超大型浮体运动与波浪载荷的水弹性响应分析
超大型浮体运动与波浪载荷的水弹性响应分析超大型浮体是指具有较大排水量和较高自由板露出面积的浮体结构，常用于海洋石油勘探、海洋风能利用等领域。
在海洋环境中，波浪作用是超大型浮体运动最主要的外部载荷之一，波浪载荷会引起超大型浮体的运动与变形，因此对超大型浮体的水弹性响应进行分析非常重要。
超大型浮体在波浪载荷作用下的运动与变形可以通过解析方法和数值模拟方法进行研究。
解析方法通常使用势流理论和边界元方法，可以得到闭式或数值一般解。
解析方法通常只适用于简单几何形状和边界条件的情况，对于复杂的几何形状和边界条件，解析方法的应用受到一定的限制。
数值模拟方法是研究超大型浮体水弹性响应的常用方法之一。
数值模拟方法基于Navier-Stokes方程和结构动力学理论，将超大型浮体和波浪系统建模为耦合的多物理场问题，通过求解方程组得到超大型浮体的运动与变形情况。
数值模拟方法可以考虑复杂的几何形状和边界条件，适用于研究各种不同情况下的超大型浮体水弹性响应。
在数值模拟方法中，常用的方法包括有限元方法、边界元方法和格子Boltzmann方法。
有限元方法是一种广泛应用的方法，可以将模型划分为网格，再通过求解网格节点上的方程组得到模型的运动与变形情况。
边界元方法则是基于格林函数的思想，将模型的表面划分为离散的边界元，再通过求解边界元上的积分方程得到模型的运动与变形情况。
格子Boltzmann方法是一种基于微观粒子运动的方法，通过模拟模型表面的水质点运动，得到模型的运动与变形情况。
超大型浮体的水弹性响应分析主要涉及下列几个方面。
首先是浮体的运动分析，包括浮体的自由面振动和浮体的自由度运动。
自由面振动是浮体在波浪作用下自由表面的变形，可以通过数值模拟得到。
浮体的自由度运动是指浮体在波浪作用下的运动情况，包括自由度、加速度和速度等参数的变化，可以通过求解动力学方程得到。
其次是浮体的变形分析，包括浮体的结构变形和应力分布。
浮体的结构变形是指浮体的构造件在波浪作用下的变形情况，可以通过数值模拟得到。
超大型浮式结构物连接器设计
超大型浮式结构物连接器设计田玉芹;刘璐【摘要】针对机械行业的各种连接器特点,在研究MOB连接器的基础上,初步设计一款新型球状连接器,分析连接器的各部分功能,静力强度计算校核表明,该连接器结构满足设计规范,符合使用要求.%Based on the researches of the characteristics of the various machinery connector , especially for the MOB connec-tors, a new type of spherical connector is designed preliminarily .The function of each part of the connector is analyzed and its static strength is checked .It is proved that the designed connector meets the design specifications and the operation require -ments.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2016(045)001【总页数】4页(P165-167,173)【关键词】超大型浮式结构物;连接器;概念设计【作者】田玉芹;刘璐【作者单位】青岛黄海学院,山东青岛266427;威海海洋职业学院,山东威海264300【正文语种】中文【中图分类】U674.38;P752超大型海洋浮式结构物由于尺寸巨大，用途各异，从维护和使用角度的出发，其结构必然是模块化的，而模块之间连接的连接器的设计就显得尤为重要。
通过研究分析很多行业的机械连接器，如车钩缓冲装置、轴毂复合连接装置等，并在研究MOB连接器的基础上，从第一代简单铰接式连接器发展到第五代新型柔性连接器[1-2]中得到启发，根据类似型模块的连接器雏形，主要考虑强度，初步设计了适用于半潜式超大型浮式结构物的一款柔性连接器——新型球状连接器。
介绍日本的湿地净化技术人工浮岛AFI
介绍日本的湿地净化技术人工浮岛A F ISANY标准化小组 #QS8QHH-HHGX8Q8-GNHHJ8-HHMHGN#介绍日本的湿地净化技术——人工浮岛（AFI）摘要：由于人类大规模的开发建设活动，使原来的自然环境发生了很大的变化，特别是湿地面积不断缩小、水质的恶化，造成了河流、湖沼、池塘等的水生态的严重破坏。
因此世界上一些国家特别是日本把生态系统保护的重点放在湿地上，目前正在为恢复生态环境、保护生物的生息空间，创造优美的绿色景观、净化河川、湖沼水质而努力。
在此向大家介绍的人工浮岛技术，是日本的专门研究机构近年来一直在进行研究，并在实践中取得一定成果的科研项目，值得借鉴。
“浮岛”原本是指由于泥碳层向上浮起作用，使湖岸的植物一部分被切断，漂浮在水面的一种自然现象。
在这里介绍的浮岛是一种象筏子似的人工浮体，在这个人工浮体上栽培一些芦苇之类的水生植物，放在水里。
它的主要机能可以归纳为四个方面：1.水质净化；2.创造生物(鸟类、鱼类)的生息空间；3. 改善景观; 4.消波效果对岸边构成保护作用。
人工浮岛的水质净化针对富营养化的水质，利用生态工学原理，降解水中的COD、氮、磷的含量。
在这里讲的生态工学（Ecolo gical engineering ）或Ecotechnology的概念最早是由和提出来的，他俩给生态工学下的定义是“We define ecological enginee ring and ecotechnology as the design of human society withits natural environment for the benefit of both (Mitsch ，1988)。
作为水边的环境保护技术——人工浮岛，20年前是由德国的BESTMAN公司想出来的。
在日本的琵琶湖，作为鱼类用的产卵床的人工浮岛70年代末就开始在做。
近年来，随着人们对环境问题的越来越关心，周围的自然环境特别是水边的自然景观状况也越来越受到重视，在此背景下，不光是水的净化，人们对创造多样性生态系统的人工浮岛技术也寄予了很大希望。
生态浮床的结构、设计、布局及管理
生态浮床的结构、设计、布局及管理目录1概述 (3)1.1生态浮床概念 (3)1.2基本原理 (3)1.3分类 (4)2生态浮床结构 (4)3生态浮床设计 (8)3.1设计原则 (8)3.2准备工作 (8)3.2.1环境现状调查 (8)3.2.2工程目标 (9)3.2.3适应水质 (9)3.3已有设计及优缺点 (9)3.3.1传统型生态浮床 (9)3.3.2高科技型生态浮床 (10)3.4实用新型生态浮床 (12)4浮床植物设计 (16)4.1浮床植物选择原则 (16)4.2主要植物种类 (16)4.3种植成活率及密度 (17)4.4种植时间 (18)5浮床位置和布局 (18)6浮床系统保护 (19)7运行管理措施 (19)7.1浮床维护 (19)7.2植物收割和清理 (19)7.3病虫害 (19)生态浮床的结构、设计、布局及管理1概述1.1生态浮床概念生态浮床，又称生物浮岛、生物浮床、人工浮岛或浮床无土栽培等，是一种水环境治理与水生态修复相兼顾的技术，其内涵是运用无土栽培技术原理，以可漂浮材料为基质或载体，采用现代农艺和生态工程措施综合集成的水面无土种植技术。
1.2基本原理自20世纪70年代以来，生态浮床在国内外得到广泛关注，最早的人工浮床是1979年由德国建造的floating campus。
90年代中期，日本等国家也相继开展了大量的研究，结果表明，浮床净化技术在收获农产品、美化水域景观的同时，可有效去除水体中的N、P等元素，净化水质，保护水域环境。
生态浮床技术作为生物-生态修复的一项重要技术，其基本原理为：一方面，浮床植物可吸收、富集水体中的营养物质和一些重金属等元素，同时植物通过植物光合作用、呼吸作用等改善根系周围DO、pH等微观环境；另一方面，浮床植物庞大的根系为摄食藻类的大型浮游动物提供了庇护场所、分泌他感物质等抑制藻类生长繁殖，同时植物根系为微生物提供载体，改善微生物生存环境，提高水体微生物的活性，对净化污染水体，提高河流水生生态系统的生物多样性具有重要作用，如图1.1-1所示。
超大型浮体在水上旅游中的应用研究
金交通建设关键词:超大型浮体;水上旅游;旅游产品;产品体系;远海海域;近岸海域超大型浮体(Very Large Floating Structure , VLFS ) 的研究已经开展了近百年，各国对超大型浮体的研究众多,但真正投入实际运用的超大型浮体实例却不多。
笔者以超大型浮体为研究对象，梳理国内外超大型浮体在水上旅游中的实际运用案例，总结超大型浮体在 内河、近海和远海等不同区域的应用类型，探讨超大型 浮体在旅游产业中的适用性问题。
一、研究综述1.超大型浮体的发展历程VLFS 的概念最早见于19世纪的科幻小说家Jules Veme o 1924年,Armstrong 提出采用超大型浮体的方式建设海上机场，并以此在世界各海域设立航线，进行 了箱式结构和其他平台形式的实验，这成为VLFS 最早的系统研究与实践。
现有的研究主要以美国和日本为主。
美国对超大型浮体的研究主要集中在军事应用领 域。
1943年，美国海军土木兵团在英国设计了漂浮甲板，并且成功地进行了飞机起降;1980年，夏威夷大学 在启动了关于超大型浮体动力特性的理论和试验研究的基础上，提出了海上移动基地(Mobile OfifchoreBase,MOB)的概念；1992年，美国国防部启动了可移动海上浮动基地的研究计划，制定了维修、设计寿命、 移动性、飞行甲板、锚泊方式等相关设计标准，研究人员提出了独立半潜式MOB,并在此基础上衍生出Me MOB, Brown MOB 和 Root MOB 的概念;2003 年,美国海军将海上基地定义为海军建设的三大组成部分之 一，海上基地具有支持飞机起降、储备军事设施、驻扎 军队、物资中转等功能。
日本对超大型浮体的研究主要集中在城市公共建筑领域。
1973年，日本提出了关西国际机场建造计划, 对超大型海上浮体作为海上浮动机场的可行性进行了 研究。
1975年,日本举办了冲绳国际海洋展览会5展出了一个由大型半潜式单元构成的浮动城市AquapoliSo 1995年，日本成立了 Megafloat 技术研究委员会(Technological Research Association of Megafloat,TRAM),对箱式VLFS 进行了系统的研究。
浮式海洋结构物研究现状及发展趋势
浮式海洋结构物研究现状与开展趋势1、浮式海洋结构物开展现状为迎接深水钻井和采油的挑战,先后开展了几大类适合于深水作业的浮式结构物:FPSO、半潜式平台、力腿平台和Spar等.1.1 浮(船)式生产储运装置(FPSO)FPSO目前已在边际油田和油田的早期生产系统中得到广泛应用,该项技术已比拟成熟,这种结构形式可提供多种用途,其主要特点为:(1)浮船型,机动性、运移性和结构稳定性好,具有在深水域中较大的抗风浪能力,允许在各种气候下装卸油,并且运输方便;(2)建筑本钱低,建设周期短,是一种相对廉价的结构.典型的新建FPSO需2.5a左右,与力腿平台(见图3)相比,后者至少要长 1.5～2a[1].因而对于许多石油公司来说,FPSO具有较好的经济效益;(3)工作面开阔,可在甲板上装卸油,具有大产量的油、气、水生产处理能力以与较大的原油储存能力;(4)FPSO本身没有钻井能力,但它与海底完井系统组合时,可具有适应深水采油的能力.它可以与导管架井口平台相组合,也可以与自升式钻采平台相组合成为完整的海上采油、油气处理和储油、卸油系统,但更主要的适用于深水采油与海底采油系统(包括海底采油树、海底注水井井口、海底管汇、立管管汇和控制系统等)组合成为完整的深水采油、油气处理、原油储存和卸油系统.从被统计的67艘FPSO中,工作水深主要在100～500m,但随着采油工作水深的增加,大于500m工作水深的在逐年增加.例如,由RoarRamde和挪威海事技术公司(MaritimeTentech)联合设计,由国现代重工施工建造的“RamformBanff〞号工作水深达1524m.另一艘工作水深达2000m的FPSO,由Harland&Wolff全部负责设计和建造,由巴西国家石油公司(Petrobras)承当操作,用于与深海海底完井系统相结合的采油. 1.2 半潜式平台(立柱稳定式平台)半潜式平台,又称立柱稳定式平台(见图2),是浮式海洋平台中的一种常见类型.它一般由平台本体,立柱和下体或浮箱组成.此外,在下体与下体,立柱与立柱,立柱与平台之间还有一些支撑与斜撑连接.平台上设有钻井机械设备,器材和生活舱室等,供钻井工作用.平台本体高出水面一定高度,以免波浪的冲击;下体或浮箱提供主要浮力,沉没于水下以减少波浪的扰动力;平台本体与下体之间连接的立柱,具有小水线面的剖面,立柱与立柱之间相隔适当距离,以保证平台的稳性,所以又有立柱稳定式之称. 半潜式平台在深水区域作业,需依靠定位设备,深水锚泊系统,需要大量链条,靠供给船运载.半潜式平台由于下体都浸没在水中,其横摇与纵摇的幅值都很小,有较大影响的是垂荡运动.由于半潜式平台在波浪上的运动响应较小,在海洋工程中,不仅可用于钻井,其他如生产平台、铺管船、供给船和海上起重船等都可采用,这也是它优于 FPSO的主要方面 .同时,能应用于多井口海底井和较大围卫星井的采油是它的另一优点.另外,半潜式平台作为生产平台使用时,可使开发者于钻探出石油之后即可迅速转入采油,特别适用于深水下储量较小的石油储层(例如4～5a采完).随着海洋开发逐渐由浅水向深水开展,它的应用将会日渐增多,诸如建立离岸较远的海上工厂、海上电站等,这对防止陆和沿海的环境污染将有很大的好处. 目前,世界上共有半潜式生产平台40艘左右.在工作水深的35艘中,工作水深小于200m共9艘,占25.7%;工作水深200～500m的共15艘,占42.9%;工作水深500～1000m的共9艘,占25.7%;工作水深大于1000m的共2艘,占5.7%.由此可见,工作水深200～500m的比率接近半数[2].2艘最深水域采油的半潜式平台均属于巴西国家石油公司所有,其一是“巴油18〞号,工作水深达1000m,抗风能力可适应风速为99kn,浪高≤32m,其锚泊为8点紧锚,由锚链与钢缆相结合.其二是“巴油36〞号,工作水深达1372m,是目前世界上半潜式平台最深的工作水深,可适应巴西近海百年一遇的海况条件,为16辐射紧锚,锚为桩腿式,锚缆由高强度聚脂绳缆与锚链相结合.从半潜式平台适应风暴能力的21艘中,几乎均能适应百年一遇的海况条件,适应风速普遍为100～120kn,个别最低者也在85kn以上,适应浪高普遍为16～32m,个别最低者也在12m以上.半潜式平台具有适应深水采油的能力,用途广泛,其开展仅次于FPSO.1.3 力腿平台(TLP)力腿平台可视为半潜式平台的派生分支,是一种顺应式结构,它是由一个刚性的半潜式平台与一个弹性的系泊系统结合成的一种较新型平台.它是用系索(或钢管)将浮于海面的浮动平台与沉浸海底的锚锭(或基座)联结起来的,通过收紧系索,使浮体的吃水比静平衡浮态时大, 导致浮力大于浮体重力,该剩余浮力由系索的力予以平衡.由于力腿平台具有垂直系泊的某些特征,也称它为垂直锚泊式平台.为了能在较小的力变化围就能限制平台的运动,平台本体采用半潜式.因此,也有称它为紧浮力平台.从结构上一般可将其划分为5局部:平台上体、立柱、下体(含沉箱)、力腿、锚固根底[3].通常又将平台上体、立柱、下体三局部并称为平台本体,事实上力腿平台可以被看作一个带有力系泊系统的半潜式平台. 力腿平台受风、浪作用时,平台随缆索弹性变形而产生微量运动,就像有桩腿插入海底一样,所以称为力腿.平台系统在垂直方向(垂荡、纵摇和横摇)是刚性的,在水平方向(纵荡、横荡和首摇)是柔性的,即在非力控制方向可有一定的漂移.垂荡自然周期一般在2～4s,远低于海况的特征周期,而纵荡自然周期在100～200s,远大于海况的特征周期,从而可防止在波浪中的共振现象.又由于平台控制方向的力对非控制方向的运动有牵制,漂移和摇摆比一般半潜式平台小,具有波浪中运动性能好、抗恶劣环境作用能力强等优点.与固定式平台相比,除了造价低以外,其抗震能力显著优于固定式,且力腿平台在必要时还可移位,至多损失锚基和钢索,故适用于开采周期稍短的油田,在该油田开采完后,可将其移至不同地点重新安装,大大提高了其通用性和经济性,但目前还没有重新安装的经验.它的主要缺点是对重量变化敏感,有效载荷的调节有限制,在大波高的状况下,甲板载荷过大容易产生系泊索松弛现象.由于力腿平台没有储油能力,主要用于生产平台,不能用作储油装置,在没有管路设施的地方,需要浮式油轮.1.4 独柱式平台(Spar) 为降低本钱,弥补力腿平台的不足,有人提出了Spar(见图4)的概念.最近20年在挪威海湾和墨西哥海湾都在进展大量的设计和研究工作,目前Spar已能适用于水深达3000m的环境较恶劣的海域. Spar的主体是一个大直径、大吃水的具有规如此外形的浮式柱状结构.它的水线结构是敞开的,根本不提供浮力,以减少垂荡;水线以下局部为密封空心体,以提供浮力,又称浮力舱,舱底部一般装水压载或用以储油(柱可储油也成为Spar的显著优点);中部有锚链呈悬链线状锚泊于海底,底部有系缆或系留管锚固于海底.Spar 可适用于深达3000m的海域.它的优点是在波浪中比拟稳定,适应于任意角度的风浪,能显著减少垂荡反响;造价低,便于安装,可以重复使用,因而对边际油田比拟适用;并且它的柱体部可储油;它的大吃水形成对立管的良好保护,同时其运动响应对水深变化不敏感,更适宜于在深水海域应用[4].Spar兼具了力腿平台和浮(船)式生产储运装置的特点,优越性显著.被认为是除了力腿平台之外的另一种适用于深水的海洋平台,有望在今后得到推广.2、浮式海洋结构物的开展趋势3 浮式海洋结构物的开展趋势随着浮式结构物在深海油气开发中的广泛应用,不少专家和学者对深海平台开展了大量的研究,开发了几种新型系统.为提高安全性和操作性,FPSO和半潜式平台都得到了很大的开展.新式的半潜式平台的设计努力减小垂荡运动以提高其性能.老式FPSO大局部由VLCC 油轮改装,近年来FPSO大多根据规制造,这些新的FPSO船体呈长方形状以增加可用体积.建民等对储油量为32万t,吃水为19.49m的软刚臂塔式大型FPSO在浅水中(水深为21～26m)的运动性能进展了试验研究,其结果明确:(1)FPSO的升沉、横摇和纵摇的波频运动随着水深的减少而减少,但在水平面的低频运动如此增大;(2)即使水深降低至21m的所谓“极浅水〞,FPSO也极少碰底;(3)在“极浅水〞状态,FPSO 并没有随流速的增加而下沉(无吸底现象).这一研究对采用大型FPSO 开发浅水油田很有意义.FPSO在今后的开展中,工作水深在逐年增加,抗风暴能力不断增强(如“RamformBanff〞号工作水深达1524m,抗风暴能力为百年一遇,浪高可达16.76m);原油储存能力增大,船的主尺度和载重吨位提高;原油、生产水的处理能力增强;立管型式增多,除大量使用挠性立管外,也可采用刚性立管;锚泊能力和动力配置能力增大,动力定位技术也有了新的开展,适应海况能力增强.FPSO因其在整体技术上的完善和提高,表现出优越的性能特点和较高的商业价值,从其近年来的开展趋势来看,在深海采油领域中,FPSO正迎来其广泛应用的黄金时期,它已成为浮式结构物中极具开展潜力的一种结构形式,前景极为广阔.Spar的研究重点已转移到保持其运动性能而不增加主体与水线上部重量之比上.提出了一种复合概念——TrussSpar.TrussSpar上部的圆柱箱体提供浮力,12～16根悬链线锚链保持位置,圆柱箱体下面桁架结构提供纵向强度.TrussSpar是一种典型的复合结构,由于其重量轻、易移动和可重复使用的特点,可用于深水的边际油田.TLP作为一种深海理想的平台型式得到了广泛的重视和开展,主要表现在以下几个方面:工作水深在逐年增加;建造本钱得到降低,进一步提高了其经济性;注重屡次重复实用性,对可移动性的研究取得了很大进展;由单一的井口生产平台向深海工作站开展,在所在地区形成一个以TLP为核心的油气开发群.根据我国海上油田的分布特点,100～500m左右中等水深围是一个很有开发潜力的海域,因此对浅海和中深水海域的浮式结构物的研究成为我国海洋工程的研究重点.针对边际油田和偏远油田,润培等提出了一种适应中深水海域的轻型力腿平台(miniTLP)概念.这种平台的浮力舱置于水下,浮力舱上竖立的空间刚架支承着平台甲板与其上的设备,浮力舱下端用四组钢管力腿平台固定于海底,力腿与海底的连接用筒型根底(吸力锚).对这种平台在100～500m水深围的理论与试验研究明确:这种平台有良好的运动性能,完全能满足海上油气开发对平台运动的要求.以120m水深为例,其造价低于相应的导管架平台,随着水深的增加,其在造价上的优势更加明显.这种平台将是中深水边际油田开发的一种很有潜力的平台形式.由于TLP在整体技术上更加完善和提高,在今后的开展中向着更深、更广阔的水域进军,必将超出海洋油气开发的畴而应用到更广泛的领域中去.4 完毕语我国的海岸线辽阔，海洋资源十分丰富，浮式海洋工程结构物对于我国新世界海洋开发具有十分重要的战略意义。
浮式海洋结构物研究现状及发展趋势_李芬
第27卷 第5期2003年10月武汉理工大学学报(交通科学与工程版)Jo urnal o f Wuhan University of Techno logy(T ranspo r ta tio n Scie nce&Engineering)V o l.27 No.5Oc t.2003浮式海洋结构物研究现状及发展趋势李 芬 邹早建(武汉理工大学交通学院 武汉 430063)摘要:在我国研制和开发浮式海洋结构物对本世纪海洋工程的可持续发展具有极为深远的战略意义.文中对浮式海洋结构物的发展历程进行了回顾,介绍了浮式生产储运装置、半潜式平台、张力腿平台、独柱式平台和超大型海洋浮式结构物的主要结构形式、特点及发展现状,对其发展趋势作了展望,指出了发展我国浮式海洋结构物的迫切性.关键词:浮式海洋结构物;浮(船)式生产储运装置;张力腿平台中图法分类号:U6611 浮式海洋结构物发展简史1937年,世界上出现了最早的活动式平台——驳船式钻井平台.由于驳船型深小,适用的水深不大.随着水深的增加,1949年在墨西哥湾发展了第一座坐底式平台“环球40号”.由于这种平台高度是固定的,故工作水深适应范围变化不大.为适应在不同水深范围内工作,1954年又设计了第一座自升式钻井平台——“加利福尼亚1号”.为了在更深海域钻井,人们把钻井设备安装在船上,在漂浮状态下钻井,这就是浮式钻井船.美国1957年建造的用于墨西哥湾的Cussl号是第一艘浮式钻井船.这种钻井船由于漂浮在海面作业,抗风浪性能差,停工率高是它最大的缺点.为克服浮式钻井船的缺点,1962年出现了第一个半潜式钻井平台——美国的“蓝水1号”.这种平台可在深水钻井,抗风性能好,可半潜作业,也可坐底作业.随着工作水深不断增加,人们又研究发展了张力腿式平台(tension leg pla tform s,T LP)、独柱式平台(Spa r)、浮(船)式生产储运装置(floating productio n,sto rage a nd o ffloading u-nits,FPSO)等.世界上第一个张力腿平台于1984年8月成功安装在英国北海的Hutton油田,水深148m,至今建成使用的有20多座,水深达1000多米.Spa r为海上储油设施,最早使用于1976年的Brent油田,它的安装水深为110m[1],如今发展为深水平台,安装水深达几千米.在过去的20年里,TLP,Spa r已成为深海油气资源开发的生力军和主力军.此外,FPSO也是深水采油领域中的另一种主要结构形式.我国从上世纪60年代开始海洋石油勘探工作,由于海上石油勘探需要,首先开展了活动式石油钻井平台的研制工作.先后建成“海五”平台(坐底式平台)、“渤海一号”(自升式平台)、“勘探3号”(半潜式平台)等.自20世纪90年代以来,已有7艘FPSO和1艘半潜式平台投入海上采油作业.但从总体上看,我国在平台的设计和建造上与国外先进水平还有一定差距.2 浮式海洋结构物发展现状为迎接深水钻井和采油的挑战,先后发展了几大类适合于深水作业的浮式结构物:FPSO、半潜式平台、张力腿平台和Spa r等.2.1 浮(船)式生产储运装置(FPSO)FPSO(见图1)目前已在边际油田和油田的早期生产系统中得到广泛应用,该项技术已比较成熟,这种结构形式可提供多种用途,其主要特点为:(1)浮船型,机动性、运移性和结构稳定性好,具有在深水域中较大的抗风浪能力,允许在各种⒇收稿日期:20030411 李 芬:女,29岁,博士生,讲师,主要研究领域为结构工程气候下装卸油,并且运输方便;(2)建筑成本低,建设周期短,是一种相对廉价的结构.典型的新建FPSO需2.5a左右,与张力腿平台(见图3)相比,后者至少要长 1.5～2a[1].因而对于许多石油公司来说,FPSO具有较好的经济效益;(3)工作面开阔,可在甲板上装卸油,具有大产量的油、气、水生产处理能力以及较大的原油储存能力;(4) FPSO本身没有钻井能力,但它与海底完井系统组合时,可具有适应深水采油的能力.它可以与导管架井口平台相组合,也可以与自升式钻采平台相组合成为完整的海上采油、油气处理和储油、卸油系统,但更主要的适用于深水采油与海底采油系统(包括海底采油树、海底注水井井口、海底管汇、立管管汇和控制系统等)组合成为完整的深水采油、油气处理、原油储存和卸油系统.从被统计的67艘FPSO中,工作水深主要在100～500m,但随着采油工作水深的增加,大于500m工作水深的在逐年增加.例如,由Roa r Ramde和挪威海事技术公司(M aritim e Tentech)联合设计,由韩国现代重工施工建造的“Ramform Banff”号工作水深达1524m.另一艘工作水深达2000m的FPSO,由Harland&Wolff全部负责设计和建造,由巴西国家石油公司(Petrobras)承担操作,用于与深海海底完井系统相结合的采油. 2.2 半潜式平台(立柱稳定式平台)半潜式平台,又称立柱稳定式平台(见图2),是浮式海洋平台中的一种常见类型.它一般由平台本体,立柱和下体或浮箱组成.此外,在下体与下体,立柱与立柱,立柱与平台之间还有一些支撑与斜撑连接.平台上设有钻井机械设备,器材和生活舱室等,供钻井工作用.平台本体高出水面一定高度,以免波浪的冲击;下体或浮箱提供主要浮力,沉没于水下以减少波浪的扰动力;平台本体与下体之间连接的立柱,具有小水线面的剖面,立柱与立柱之间相隔适当距离,以保证平台的稳性,所图1 浮式生产储运装置 图2 半潜式平台以又有立柱稳定式之称.半潜式平台在深水区域作业,需依靠定位设备,深水锚泊系统,需要大量链条,靠供应船运载.半潜式平台由于下体都浸没在水中,其横摇与纵摇的幅值都很小,有较大影响的是垂荡运动.由于半潜式平台在波浪上的运动响应较小,在海洋工程中,不仅可用于钻井,其他如生产平台、铺管船、供应船和海上起重船等都可采用,这也是它优于FPSO的主要方面.同时,能应用于多井口海底井和较大范围内卫星井的采油是它的另一优点.另外,半潜式平台作为生产平台使用时,可使开发者于钻探出石油之后即可迅速转入采油,特别适用于深水下储量较小的石油储层(例如4～5a内采完).随着海洋开发逐渐由浅水向深水发展,它的应用将会日渐增多,诸如建立离岸较远的海上工厂、海上电站等,这对防止内陆和沿海的环境污染将有很大的好处.目前,世界上共有半潜式生产平台40艘左右.在已知工作水深的35艘中,工作水深小于200m共9艘,占25.7%;工作水深200～500m 的共15艘,占42.9%;工作水深500～1000m的共9艘,占25.7%;工作水深大于1000m的共2艘,占 5.7%.由此可见,工作水深200～500m的比率接近半数[2].2艘最深水域采油的半潜式平台均属于巴西国家石油公司所有,其一是“巴油18”号,工作水深达1000m,抗风能力可适应风速为99kn,浪高≤32m,其锚泊为8点张紧锚,由锚链与钢缆相结合.其二是“巴油36”号,工作水深达1372m,是目前世界上半潜式平台最深的工作水深,可适应巴西近海百年一遇的海况条件,为16辐射张紧锚,锚为桩腿式,锚缆由高强度聚脂绳缆与锚链相结合.从半潜式平台适应风暴能力已知的21艘中,几乎均能适应百年一遇的海况条件,适应风速普遍为100～120kn,个别最低者也在85kn以上,适应浪高普遍为16～32m,个别最低者也在12m以上.半潜式平台具有适应深水采油的能力,用途广泛,其发展仅次于FPSO.2.3 张力腿平台(T LP)张力腿平台(见图3)可视为半潜式平台的派生分支,是一种顺应式结构,它是由一个刚性的半潜式平台与一个弹性的系泊系统结合成的一种较新型平台.它是用系索(或钢管)将浮于海面的浮动平台与沉浸海底的锚锭(或基座)联结起来的,通过收紧系索,使浮体的吃水比静平衡浮态时大,·683· 第5期李 芬等:浮式海洋结构物研究现状及发展趋势导致浮力大于浮体重力,该剩余浮力由系索的张力予以平衡.由于张力腿平台具有垂直系泊的某些特征,也称它为垂直锚泊式平台.为了能在较小的张力变化范围内就能限制平台的运动,平台本体采用半潜式.因此,也有称它为张紧浮力平台.从结构上一般可将其划分为5部分:平台上体、立柱、下体(含沉箱)、张力腿、锚固基础[3].通常又将平台上体、立柱、下体三部分并称为平台本体,事实上张力腿平台可以被看作一个带有张力系泊系统的半潜式平台.张力腿平台受风、浪作用时,平台随缆索弹性变形而产生微量运动,就像有桩腿插入海底一样,所以称为张力腿.平台系统在垂直方向(垂荡、纵摇和横摇)是刚性的,在水平方向(纵荡、横荡和首摇)是柔性的,即在非张力控制方向可有一定的漂移.垂荡自然周期一般在2～4s ,远低于海况的特征周期,而纵荡自然周期在100～200s,远大于海况的特征周期,从而可避免在波浪中的共振现象.又由于平台控制方向的张力对非控制方向的运动有牵制,漂移和摇摆比一般半潜式平台小,具有波浪中运动性能好、抗恶劣环境作用能力强等优点.与固定式平台相比,除了造价低以外,其抗震能力显著优于固定式,且张力腿平台在必要时还可移位,至多损失锚基和钢索,故适用于开采周期稍短的油田,在该油田开采完后,可将其移至不同地点重新安装,大大提高了其通用性和经济性,但目前还没有重新安装的经验[1].它的主要缺点是对重量变化敏感,有效载荷的调节有限制,在大波高的状况下,甲板载荷过大容易产生系泊索松弛现象.由于张力腿平台没有储油能力,主要用于生产平台,不能用作储油装置,在没有管路设施的地方,需要浮式油轮.2.4 独柱式平台(Spa r)为降低成本,弥补张力腿平台的不足,有人提出了Spa r(见图4)的概念.最近20年在挪威海湾和墨西哥海湾都在进行大量的设计和研究工作,目前Spar 已能适用于水深达3000m 的环境较恶劣的海域. Spa r 的主体是一个大直径、大吃水的具有规则外形的浮式柱状结构.它的水线结构是敞开的,基本不提供浮力,以减少垂荡;水线以下部分为密封空心体,以提供浮力,又称浮力舱,舱底部一般装水压载或用以储油(柱内可储油也成为Spar 的显著优点);中部有锚链呈悬链线状锚泊于海底,底部有系缆或系留管锚固于海底.Spar 可适用于深图3 张力腿平台 图4 独柱式平台达3000m 的海域.它的优点是在波浪中比较稳定,适应于任意角度的风浪,能显著减少垂荡反应;造价低,便于安装,可以重复使用,因而对边际油田比较适用;并且它的柱体内部可储油;它的大吃水形成对立管的良好保护,同时其运动响应对水深变化不敏感,更适宜于在深水海域应用[4].Spar 兼具了张力腿平台和浮(船)式生产储运装置的特点,优越性显著.被认为是除了张力腿平台之外的另一种适用于深水的海洋平台,有望在今后得到推广.2.5 超大型浮式海洋结构物(V LFS )超大型浮式结构物(very large floating strustures,V LFS)是指那些尺度以公里计的浮式海洋结构物,以区别于目前尺度以百米计的船舶和海洋工程结构物,如海洋平台等.一般而言,V LFS 可以沿海岛屿或岛屿群为依托,带有永久或半永久性,具有综合性、多用途的功能.它主要有以下3个方面用途:(1)在合适的海域建立资源开发和科学研究基地、海上中转基地、海上机场等,以便大量开发和利用海洋资源;(2)当沿海城市缺乏合适的陆域时,可以把一些原本应建在陆地上的设施,如核电站、废物处理厂等,移至或新建在近海海域,以图降低城市噪音和环境污染;(3)在国际水域建立合适的军事基地,以期对某地区的政治、军事格局产生战略性影响.V LFS 通常有两类结构型式:厢式(ponto on ty pe 或Box type 也叫mat-like)和半潜式(semi subm ersible type).厢式浮体构造简单,维护方便,日本的“m eg a -floa t ”就采用这种形式.半潜式浮体虽然构造比较复杂,但水动力性能更佳,适宜在较恶劣海洋环境中生存.半潜式浮体又可分为立柱支撑式(co lum n-suppo rted ty pe)和立柱下体混合支撑式(column and low er hull suppo rted ty pe).美国的移动式海洋基地(mobile offsho re base,M OB)就是采用立柱下体混合支撑式的V LFS [5].·684·武汉理工大学学报(交通科学与工程版)2003年 第27卷与一般的海洋工程结构物相比,V LFS具有以下几个特点:(1)V LFS是一个极为扁平的柔性结构物,它的长(宽)度与高度的比值非常大,必须考虑它在海洋环境中的弹性响应;(2)由于V LFS从一端至另一端要跨越数公里,需要建立一种新的随位置缓变的海浪谱,用于作为与V LFS水弹性响应的激励;(3)由于V LFS的巨大,它是一个模块化的结构,各模块之间用特殊的具有一定挠性的联接装置相联;(4)V LFS除了有时需要移动外,一般来说是相对固定在某一位置的,不能让它随风、浪、流任意漂移,因此它的系泊装置在结构设计中极为重要;(5)与一般海洋工程结构物相比,V LFS要求的寿命特别长,一般在百年以上[6].超大型浮式结构物的研究是一门跨多学科、多领域的课题.目前,对超大型浮式结构物(V LFS)研究最广泛和深入的国家是日本和美国.另外,韩国、挪威、英国等也有一些专家在从事V LFS的动态特性研究.由于V LFS有着广泛的带有战略意义的应用前景,我国的许多专家学者也在积极呼吁尽快开发超大型浮式海洋结构物.3 浮式海洋结构物的发展趋势海洋石油工业正移向深水,深于500m的海洋中已发现有数百亿桶石油储量.随着海洋开发事业的发展,半潜式平台、FPSO、TLP和Spar等浮式结构物的研究得到了迅速的发展.它们保留了固定式平台的许多优点,可将浅水平台的许多成熟的生产技术直接移植到深水,并能降低平台在深水海域的造价.浮式结构物集中了海洋结构物设计、制造、安装、智能定位、控制、石油开采、检测与安全适时评定等现代高新技术,是深海油田开发的主要形式.随着浮式结构物在深海油气开发中的广泛应用,不少专家和学者对深海平台开展了大量的研究,开发了几种新型系统.为提高安全性和操作性,FPSO和半潜式平台都得到了很大的发展.新式的半潜式平台的设计努力减小垂荡运动以提高其性能.老式FPSO 大部分由V LCC油轮改装,近年来FPSO大多根据规范制造,这些新的FPSO船体呈长方形状以增加可用体积[7,8].杨建民等对储油量为32万t,吃水为19.49m的软刚臂塔式大型FPSO在浅水中(水深为21～26m)的运动性能进行了试验研究,其结果表明:(1)FPSO的升沉、横摇和纵摇的波频运动随着水深的减少而减少,但在水平面的低频运动则增大;(2)即使水深降低至21m的所谓“极浅水”,FPSO也极少碰底;(3)在“极浅水”状态,FPSO并没有随流速的增加而下沉(无吸底现象).这一研究对采用大型FPSO开发浅水油田很有意义.FPSO在今后的发展中,工作水深在逐年增加,抗风暴能力不断增强(如“Ramform B a nff”号工作水深达1524m,抗风暴能力为百年一遇,浪高可达16.76m);原油储存能力增大,船的主尺度和载重吨位提高;原油、生产水的处理能力增强;立管型式增多,除大量使用挠性立管外,也可采用刚性立管;锚泊能力和动力配置能力增大,动力定位技术也有了新的发展,适应海况能力增强. FPSO因其在整体技术上的完善和提高,体现出优越的性能特点和较高的商业价值,从其近年来的发展趋势来看,在深海采油领域中,FPSO正迎来其广泛应用的黄金时期,它已成为浮式结构物中极具发展潜力的一种结构形式,前景极为广阔.Spar的研究重点已转移到保持其运动性能而不增加主体与水线上部重量之比上.提出了一种复合概念——Truss Spa r.Truss Spa r上部的圆柱箱体提供浮力,12～16根悬链线锚链保持位置,圆柱箱体下面桁架结构提供纵向强度.Truss Spar是一种典型的复合结构,由于其重量轻、易移动和可重复使用的特点,可用于深水的边际油田.T LP作为一种深海理想的平台型式得到了广泛的重视和发展,主要表现在以下几个方面:工作水深在逐年增加;建造成本得到降低,进一步提高了其经济性;注重多次重复实用性,对可移动性的研究取得了很大进展;由单一的井口生产平台向深海工作站发展,在所在地区形成一个以TLP 为核心的油气开发群[9].根据我国海上油田的分布特点,100～500m左右中等水深范围是一个很有开发潜力的海域,因此对浅海和中深水海域的浮式结构物的研究成为我国海洋工程的研究重点.针对边际油田和偏远油田,李润培等提出了一种适应中深水海域的轻型张力腿平台(mini TLP)概念.这种平台的浮力舱置于水下,浮力舱上竖立的空间刚架支承着平台甲板及其上的设备,浮力舱下端用四组钢管张力腿平台固定于海底,张力腿与海底的连接用筒型基础(吸力锚).对这种平台在100～500m水深范围内的理论与试验研究表明:这种平台有良好的运动性能,完全能·685· 第5期李 芬等:浮式海洋结构物研究现状及发展趋势满足海上油气开发对平台运动的要求.以120m 水深为例,其造价低于相应的导管架平台,随着水深的增加,其在造价上的优势更加明显.这种平台将是中深水边际油田开发的一种很有潜力的平台形式.由于T LP 在整体技术上更加完善和提高,在今后的发展中向着更深、更广阔的水域进军,必将超出海洋油气开发的范畴而应用到更广泛的领域中去[3].4 结束语在我国研制和开发浮式海洋结构物对本世纪海洋工程的可持续发展具有极为深远的战略意义.作为一个具有丰富海洋资源的大国,必须高度重视深海平台技术.随着我国海洋石油开发的需要,浮式海洋结构物的应用越来越广泛,所需解决的技术问题越来越多.在浮式海洋结构物的设计、建造、检验和科研方面都迫切需要发展,特别是在浮式结构物的设计和建造上,大多依靠国外技术进行设计,我国在独立进行设计方面尚有一定差距,对于工作水深超过600～3000m 的动力定位采油平台,国内更无设计建造经验.因此,对于从事海洋工程的研究人员而言,应密切关注国外浮式海洋结构物的发展,开展相应的研究工作,并力争参与到国外浮式海洋结构物的设计建造中去,以逐步掌握国外先进的技术水平,这对我国未来深海资源的开发和我国的海洋工程事业的发展都具有重要意义.参考文献1 Ba rltr op N D P .Floa ting structures :a g uide fo r de-sig n a nd analy sis :v olume one.H o uston,U SA:the center fo r marine a nd pe tro leum techno log y publica-tio n ,1998.6～132 廖谟圣.国外移动式采油平台现状与发展我国采油平台的建议.中国海洋平台,2000,15(4):1～43 杨春晖,董艳秋.深海张力腿平台发展概况及其趋势.中国海洋平台,1997,12(6):255～2584 李玉成.海洋工程技术的新发展.中国海洋平台,1998,13(1):9～125 崔维成,吴有生,李润培.超大型浮式海洋结构物开发过程中需要解决的关键技术问题.海洋工程,2000,18(3):1～36 Kitamura F,Sa to H,Shimada K ,et al.Estima tion ofwind for ce acting on h ug e flo ating o cea n str uc tures.Pr oceeding s of the 1997Ocea ns Confere nce ,1997.197～2027 乐京霞,孙海虹.浮式生产储油船局部节点疲劳强度计算与分析.武汉理工大学学报(交通科学与工程版),2002,26(4):488～4918 Paulling J R,Tyag i S.M ulti-module floa ting oceanstructur es.M arine Str uctur es,1993(6):187～2059 段梦兰,李秀巧,赵秀菊等.发展张力腿平台迎接深水钻井的挑战.石油机械,2000,28(12):46～48Research Condition and Dev elopmental Tendencyof the Floating StructuresLi Fen Zou Zaojian(School of Transportation ,W UT ,Wuhan 430063)AbstractThe dev elopment of the floa ting structures is of strategic sig nificance to sustainable dev elo pment in our co untry .In this paper ,dev elopmental history o f the floa ting structures is introduced based on a literature surv ey co nducted.Furtherm ore,the main structura l ty pe and characteristics o f FPSO 、Semi-submersiblepla tform 、TLP 、Spa r and V LFS are introduced.At last,the dev elopmental tendency o f the floa ting structures is propo sed .It points o ut the urg ency of dev elo ping floating structure in o ur coun-try.Key words :the floating structures;floa ting productio n,sto rage and offlo ading units;tensio n leg plat-fo rm·686·武汉理工大学学报(交通科学与工程版)2003年 第27卷。
超大型浮体非线性水弹性原理及研究方法
超大型浮体非线性水弹性原理及研究方法于文琪河海大学交通学院海洋学院，南京（210098）E-mail: ziye7777@摘要：近年来，超大型浮体的水弹性分析和二阶波浪力的理论研究已经较为成熟，但是大多数非线性水弹性研究并未应用二阶波浪力及高阶波浪力，一般只是计算一阶速度势对二阶波浪力的贡献，而忽略二阶及高阶项的计算。
本文对超大型浮体水弹性力学理论及与二阶和高阶波浪相关的分析方法的国内外情况作了介绍，并对今后需要开展的研究工作的方向提出了自己的看法。
关键词：超大型浮体，非线性，水弹性响应中国分类号：U661.11. 引言水弹性力学将浮体结构力学和浮体水动力学有机地结合起来，为评估柔性浮体结构的总体性能提供了一个更具一致性和合理性的方法。
水弹性理论至今已发展了20多年，着重研究线性问题。
而超大型浮体的尺度远大于入射波波幅，所以超大型浮体的水弹性问题一般被考虑为线性问题。
但是浮体运动时所引起的二阶力及瞬时湿表面变化引起的二阶流体力可能对浮体产生较大的非线性影响，所以就有必要研究二阶及高阶波浪力对超大型浮体水弹性响应的影响，为实际分析提供理论依据。
2. 超大型浮体水弹性分析原理及相关研究2.1 水弹性分析原理浮体在波浪中运动，不但会产生刚体六个自由度运动，而且会产生振动和弹性变形。
浮体在波浪中振动，大致分为两种：一种是由简谐波浪干扰力作用引起的稳态强迫振动，称为波激振动；另一种是波浪冲击力作用，引起浮体瞬态强迫振动，称为砰击振动，有时也称为冲荡。
一般情况下，浮体是假设为刚体，忽略其弹性变形，用‘切片理论’求得结构在波浪中的运动和受力厚，再由材料力学方法，得到结构的弯矩和剪力。
但是当浮体的尺度增大时，比如超大型浮体，它是一个极为扁平的柔性结构物，在计算中就不能假设为刚体，而应作为弹性体，用水弹性理论进行分析。
水弹性的概念最早是在二十世纪五十年代末期从空气弹性学中引进的，当时的定义是，水弹性是考虑到惯性力、水动力和弹性力之间相互影响的一种现象。
超大型浮体目标可靠度及极限强度可靠性研究
超大型浮体目标可靠度及极限强度可靠性研究王西召;顾学康;汤明刚;张现峰【摘要】目标可靠度是超大型浮体结构极限强度可靠性的重要衡量指标,超大型浮体作为一种新颖海洋结构物,其结构可靠性设计衡准未有直接经验可借鉴.本文基于风险分析理论和原则,通过对结构失效概率和失效后果的考量,提出适用于超大型浮体的目标可靠度合理可行区域;应用简化逐步破坏分析方法确定了典型剖面的极限承载能力;基于三维线性势流理论对处于我国南海海洋环境下的浮体垂向极限波浪弯矩进行预报;根据选定的目标可靠度对浮体极限强度可靠性进行校核.研究结果表明,风险分析方法可用于建立合理的目标可靠度范围;超大型浮体总纵强度结构设计存在不足,在工程设计时应予以加强.【期刊名称】《舰船科学技术》【年(卷),期】2018(040)011【总页数】6页(P76-81)【关键词】超大型浮体;目标可靠度;风险分析;极限强度;结构可靠性【作者】王西召;顾学康;汤明刚;张现峰【作者单位】中国船舶科学研究中心,江苏无锡 214000;中国船舶科学研究中心,江苏无锡 214000;中国船舶科学研究中心,江苏无锡 214000;中国船舶科学研究中心,江苏无锡 214000【正文语种】中文【中图分类】U6630 引言超大型浮体（VLFS）尺度巨大，由多个结构形式相同的单一模块构成，单一模块长度可达300～400 m，可作为海洋开发研究基地、海上中转基地以及海上机场等，是我国海洋权益保障的重要依靠。
对超大型浮体研究较早的国家包括日本和美国，日本于20世纪90年代对超大型浮式机场进行了系统性的研究，研究内容包括浮式机场构型、水弹性响应基本特征、结构应力分析、功能性要求、综合安全评估（FSA）以及维护管理等，并于1999年建立了海上浮式机场，进行飞机起降试验后拆除。
美国90年代也开展了移动式离岸基地（MOB）理论和试验研究，并于1991年和1999年在夏威夷召开了超大型浮式结构国际会议[1]。
超大型浮体运动与波浪载荷的水弹性响应分析
超大型浮体运动与波浪载荷的水弹性响应分析超大型浮体（VLFS）是一种巨型平台，可用于承载重型设备或提供船舶停泊场所。
在海洋工程领域中，VLFS的运动和波浪载荷对结构的水弹性响应进行分析具有重要意义。
VLFS结构的运动与波浪载荷之间存在着密切的关系。
当VLFS受到波浪作用时，波浪力会引起结构自由度的运动，这种运动会导致结构的弯曲、扭转和振动等变形形态。
对VLFS的水弹性响应进行分析是了解结构受力情况和设计合理载荷的重要手段。
在VLFS的水弹性响应分析中，需要考虑几个主要因素。
首先是波浪的特性，包括波浪的频率、波高和波速等。
对于不同频率和波高的波浪，VLFS的水弹性响应也会有所不同。
其次是VLFS的结构特性，包括结构的刚度、质量和自由度等。
这些结构特性将决定VLFS受到波浪作用时的振动幅值和变形形态。
还需要考虑水的力学特性，如水的密度和黏性等。
水的密度将影响波浪的传播速度和波浪力的大小，水的黏性则影响波浪力的作用时间和结构的阻尼效果。
针对VLFS的水弹性响应分析，常用的方法包括势流理论、线性波浪理论和动力响应分析等。
势流理论是一种较为简单和经典的方法，它基于势流场和边界条件进行分析，可以获得结构的振动模态和共振频率。
线性波浪理论则是一种更为精确的方法，它考虑波浪的非线性效应，可以预测结构的振动幅度和变形形态。
动力响应分析则是一种更为全面的方法，它结合了线性波浪理论和结构的动力学特性，可以获得结构的动态响应和瞬态载荷。
在VLFS的水弹性响应分析中，还需要考虑一些相关问题。
结构的稳定性问题是一个重要的研究方向，它涉及到VLFS在波浪作用下的稳定性和静力平衡。
波浪-结构相互作用问题也是一个研究热点，它考虑了波浪影响结构的力学特性和结构反馈对波浪的衰减效应。
超大型浮体的水弹性响应分析是海洋工程领域的重要研究内容，它可以了解结构的受力情况和设计合理载荷，为VLFS的设计和施工提供参考和指导。
该分析还可以预测结构的振动幅度和变形形态，为结构的安全性和可靠性评估提供依据。
人工浮岛
人工浮岛忧郁人类大规模的开发建设活动，使原来的自然环境发生了很大的变化，特别是湿地面积不断缩小、水质的恶化，造成了河流、湖沼、池塘等的水生态的严重破坏。
因此世界上一些国家特别是日本把生态系统保护的重点放在湿地上，目前正在为恢复生态环境、保护生物的生息空间，创造优美的绿色景观、净化河川、湖沼水质而努力。
在此向大家介绍的人工浮岛技术，是日本的专门研究机构近年来一直在进行研究，并在实践中取得一定成果的科研项目，值得借鉴。
“浮岛”原本是指由于泥碳层向上浮起作用，使湖岸的植物一部分被切断，漂浮在水面的一种自然现象。
在这里介绍的浮岛是一种象筏子似的人工浮体，在这个人工浮体上栽培一些芦苇之类的水生植物，放在水里。
它的主要机能可以归纳为四个方面：1.水质净化；2.创造生物(鸟类、鱼类)的生息空间；3. 改善景观; 4.消波效果对岸边构成保护作用。
人工浮岛的水质净化针对富营养化的水质，利用生态工程学原理，降解水中的COD、氮、磷的含量。
在这里讲的生态工程学（Ecological engineering ）或Ecotechnology的概念最早是由W.J.Mitsch和S.J.Jorgensen提出来的，他俩给生态工程学下的定义是"We define ecological engineering and ecotechnology as the design of human society with its natural environment for the benefit of both (Mitsch,1988)。
作为水边的环境保护技术--人工浮岛，20年前是由德国的BESTMAN公司想出来的。
在日本的琵琶湖，作为鱼类用的产卵床的人工浮岛70 年代末就开始在做。
近年来，随着人们对环境问题的越来越关心，周围的自然环境特别是水边的自然景观状况也越来越受到重视，在此背景下，不光是水的净化，人们对创造多样性生态系统的人工浮岛技术也寄予了很大希望。
海外的反重力研究成果 美国反重力飞行器 瑟尔效应发电机详细原理
海外的反重力研究及成果反重力原理不复杂，频率决定时空。
你能改变频率足够大，就能影响到你周围的时空性质。
如果能在周围形成一个足够的强大的且高于当前环境的频率时，时空必发生改变。
外人看起来就是反重力了。
我们知道光基本上不受引力作用的。
根据能量与质量的关系公式E=MC2，得出C=E/M开根号，我们知道光全为能量没有质量，我们无法做到这点。
频率越高，能量越大。
所以只要你想办法让你的飞行器周围的频率超出原来的频率值时，对你的引力的就明显减少。
总之光受引力的影响是很弱的，想办法改变你当前的特征，让你也接近光的特征，并想办法用技术将这情况包围住持之以恒。
那么引力对你的影响也随之下降。
这也就是为什么飞碟带有很强烈的光亮并出现强辐射和指南针乱转的情况。
但我们永远作不到光的特征，所以超光速是不可能的。
电磁波的能量是最大的，比化学等其它方式释放出来的能量。
这里含意是机器它必须能采集电磁波(宇宙中广泛存在，如同地球上的风。
正如帆船靠风帆采集风能)。
x射线这类电磁波能量虽高，但对生物体有危害，故多用可视光这频率。
塞尔效应塞尔效应发电机(SEG)从功能上来讲和直线感应电动机（LIM）相似，基于一种圆环形的轨道，转子可以围绕这个圆环形的轨道上持续运动。
这种运动主要是转子围绕定子的无机械摩擦的磁力运动。
SEG的定子和转子是具有相反磁性的磁力部件，互相吸引起来就像一种行星齿轮，这种磁力装置通过金属钕涂层产生径向电流，这种电流产生的电场力和磁场力方向互相垂直，从而推动转子移动。
转子移动是一种以围绕定子做圆周运行与基克拉迪模式的迭加。
在这种模式下每个转子会产生漩涡电流，电流方向与定子金属铜面的方向相反，从而形成了一种无摩擦的磁力轴承。
这使SEG在生命周期中可以不间断，无需维护的提供动力。
发电机由3个定子环（叫做'圆盘'）组成，每个定子环由4层不同原料的同心圆组成并固定在一个基座上，转子围绕在每个圆盘周围并可以自由旋转，转子和圆盘由相同的原料构成。
超大型浮体运动与波浪载荷的水弹性响应分析
超大型浮体运动与波浪载荷的水弹性响应分析超大型浮体结构是一种用于海洋工程和海洋资源开发的重要设施，它能够在海上稳定地承载各种设备和设施，以及提供生活和工作的空间。
超大型浮体结构在海洋环境中所受到的波浪载荷是一个非常重要的问题，它对结构的安全性和稳定性有着至关重要的影响。
水弹性响应分析是研究超大型浮体结构在波浪作用下的动态响应的重要方法之一。
通过对结构在波浪载荷作用下的变形和应力分布进行分析，可以有效地评估结构的受力情况，进而指导设计和改进结构的安全性和稳定性。
本文将围绕超大型浮体结构的水弹性响应分析展开讨论，主要包括超大型浮体结构的特点、水弹性响应分析的基本原理和方法、以及一些典型的水弹性响应分析案例。
一、超大型浮体结构的特点超大型浮体结构通常是由多个浮体单元组成的复杂结构，它的特点主要包括以下几个方面：1.大型化：超大型浮体结构一般具有较大的尺寸和质量，因此在波浪载荷下的响应会比较显著。
2.柔性：由于超大型浮体结构一般采用轻质材料制造，并且受到波浪力的作用，因此结构具有一定的柔性。
3.多自由度：超大型浮体结构通常具有多个自由度的运动，包括自由表面波浪运动、结构自由度和附加质量效应等。
4.非线性：由于波浪运动是一种非线性运动，超大型浮体结构的水弹性响应分析也需要考虑结构的非线性特性。
二、水弹性响应分析的基本原理和方法水弹性响应分析是通过数值模拟或者实验测试的方法，研究超大型浮体结构在波浪载荷下的动态响应。
其基本原理是根据结构的动力学方程和波浪运动方程，通过求解波浪与结构的相互作用，得到结构的位移、速度和加速度等动态响应结果，进而评估结构的受力情况。
水弹性响应分析的方法主要包括数值模拟方法和实验测试方法。
数值模拟方法包括有限元法、边界元法、时域积分法等，通过建立结构的数学模型，求解结构在波浪载荷下的动态响应；实验测试方法包括模型试验和原型试验，通过搭建实验台或者在实际海洋环境中对结构进行观测，获取结构的动态响应数据。
超大型浮体运动与波浪载荷的水弹性响应分析
超大型浮体运动与波浪载荷的水弹性响应分析超大型浮体结构是指体积庞大、可供大型设备、船只或者海洋能源装置停靠的浮动结构。
它具有良好的稳定性和承载能力，可以用于建造海上码头、海上风电场、海上油气平台等工程。
由于其要受到海浪、风浪等外部水动力的作用，因此对其运动与波浪载荷的水弹性响应分析显得尤为重要。
超大型浮体结构的运动与波浪载荷的水弹性响应分析需要考虑到复杂的水动力问题。
海洋结构受到来自波浪、潮汐等外部水动力的作用，其运动与响应是一个十分复杂的非线性问题。
为了提高分析的准确性，需要采用先进的数值模拟方法对结构的水弹性响应进行研究。
常用的数值模拟方法包括有限元方法、边界元方法、流固耦合方法等，这些方法可以帮助研究人员分析结构在不同海况下的运动特性和受力情况，为工程设计提供重要参考。
超大型浮体结构的水弹性响应分析需要考虑到结构的动力特性。
由于结构与水的相互作用，结构的动力特性会受到影响，例如结构的自然频率、阻尼比等参数都会发生变化。
需要对结构的水弹性响应进行动力学分析，以获得结构在不同海况下的动力响应特性。
这对于保证结构的安全性和稳定性至关重要，可以为工程设计提供重要参考依据。
超大型浮体结构的运动与波浪载荷的水弹性响应分析是海洋工程研究的重要课题之一。
通过采用先进的数值模拟方法、动力学分析方法和对海洋环境的研究，可以为超大型浮体结构的设计、制造和应用提供重要的理论和技术支持，推动海洋工程领域的发展和进步。
相信随着研究的深入和技术的不断进步，超大型浮体结构的水弹性响应分析会得到进一步完善，为海洋工程领域的发展带来新的机遇和挑战。
超大型浮体运动与波浪载荷的水弹性响应分析
超大型浮体运动与波浪载荷的水弹性响应分析超大型浮体是指位于海洋中的大型浮体结构，通常用于油田开发、风电平台、船只等领域。
由于超大型浮体在海洋环境中受到波浪的作用，因此需要进行水弹性响应分析，以评估其在波浪载荷下的结构响应。
水弹性响应分析是指在水中的结构受到波浪载荷作用时，结构产生的弹性变形和应力的分析。
其基本原理是基于流体动力学和结构动力学的理论，结合数值计算方法，对结构在波浪环境下的动力响应进行计算和分析。
在进行水弹性响应分析时，首先需要建立超大型浮体的数学模型。
该模型通常采用有限元法进行建模，将结构分离成多个小单元，并根据结构的几何形状和材料性质进行离散化处理。
然后，根据结构的受力情况和波浪载荷的特征，应用流体动力学和结构动力学的理论，求解结构在波浪载荷下的运动方程，得到结构的运动响应。
在进行水弹性响应分析时，需要考虑以下几个方面的因素：1.波浪载荷特征：波浪的高度、波长、方向等参数会对结构的响应产生影响。
在建立数学模型时，需要准确地描述波浪的特征，并根据实际情况选择相应的波浪理论进行计算。
2.结构的刚度和材料的性质：结构的刚度和材料的性质决定了结构受力后的变形和应力分布。
需要准确地描述结构的几何形状和材料的物理性质，并根据实际情况选择适当的材料模型进行计算。
3.流体动力学效应：由于结构位于水中，受到波浪的作用，会产生流体动力学效应。
这些效应包括波浪的粘性阻力、边界效应等。
在进行水弹性响应分析时，需要考虑这些流体动力学效应对结构响应的影响，并加以合适的修正。
4.结构的动力特性：结构在波浪载荷下的动力特性对其响应有重要影响。
在进行水弹性响应分析时，需要考虑结构的振动特性，并计算其频率、模态形态等参数。
通过以上分析，可以得到超大型浮体在波浪载荷下的水弹性响应结果，包括结构的位移、变形、应力等。
这些结果对于超大型浮体的设计和结构优化具有重要意义，能够保证结构的安全性和可靠性。
水弹性响应分析还可以为超大型浮体的航行性能和工作性能评估和优化提供参考依据。
超大型浮式结构物概念设计
工 程 技 术64科技资讯 SC I EN C E & TE C HN O LO G Y I NF O R MA T IO N所谓超大型浮式结构物(Very Large Floating Structure,简称VLFS),是指尺度以公里计量的浮式海洋结构物。
目前主要有两种方案,即日本的箱式(Pontoon type 或叫Mat-like)附体方案[1]和美国的移动海上基地(MOB)半潜式(Semi-submersible type简写成Semi-sub type)附体方案。
超大型浮式结构物可应用在以下几个方面[2-3]:(1)海上补给基地,包括军用和民用补给基地;(2)海上科考基地,提供足够的科考作业空间;(3)海上能源基地,作为能源开采的作业平台;(4)海上浮动机场,供飞机完成海上起降;(5)海上浮动城市,扩展人类居住空间。
1 超大型浮式结构物模块设计VLFS通常有两种结构型式:箱式和半潜式。
箱式浮体结构较为简单,近似为长方体,建造成本和维护费用都比较低,一般可用于靠近海岸线的平静水域。
日本的浮式机场就是采用的这种结构型式。
美国的移动海上基地(MOB)由于工作地点及工作环境变化较大,且要求具备一定的海上自航能力,因此对结构物的航行性能和运动性能要求比较高,采用的是半潜式的浮体结构型式。
该研究对半潜式超大型浮式结构物模块进行研究。
每个半潜式模块可分为三部分:一个上体、八个支柱和两个下体,如表1所示。
其立体结构如图1所示:2 超大型浮式结构物连接装置研究2.1 模块间垂向定位装置在每个模块的上体中,位于上体上边缘1m处有一个凹槽,凹①作者简介:王哲(1992—),男,山东济宁人,本科,学生,研究方向:船舶设计制造。
田玉芹(1978—),女,山东高密人,硕士,副教授,研究方向:船舶设计制造。
DOI:10.16661/ki.1672-3791.2015.23.064超大型浮式结构物概念设计①王哲 田玉芹(青岛黄海学院 山东青岛 266427)摘 要:21世纪,人类将全面的步入海洋经济时代,面对这一前景,超大型浮式海洋结构物的设计建造就成了热潮。
美国和日本超大浮体结构的研究
美国和日本超大浮体结构的研究
孙昭晨
【期刊名称】《国际学术动态》
【年(卷),期】2000(000)001
【总页数】2页(P47-48)
【作者】孙昭晨
【作者单位】大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室
【正文语种】中文
【中图分类】P742
【相关文献】
1.超大型浮体结构在规则波中的水弹性响应理论研究 [J], 廖又明;邓志纯
2.超大型浮体结构碰撞损伤研究 [J], 马英华;郭进涛
3.超大型浮体结构极限强度研究综述 [J], 赵南;顾学康;李政杰
4.超大型浮体结构碰撞损伤研究 [J], 周萍;赵南;纪肖
5.箱式超大型浮体结构在规则波中的水弹性响应研究 [J], 王志军;李润培;舒志因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
科技前沿
科技前沿作者：暂无来源：《科学之友》 2014年第3期日本科学家利用超声波使物体悬浮空中日本东京大学研究出一项超酷的物体悬浮演示：细小的水珠浮在空中，然后以完美的形状环绕滑行；一根铁螺丝在空中旋转；塑料片、火柴头等都克服了地球引力……这一切，都要归功于精确的超声波应用。
这其实并不是一个全新的概念。
数十年来，科学家一直在试验声波悬浮技术，即利用声波使物体悬浮在半空中。
这一演示的创新之处在于，它使物体能够在三维空间里移动。
对于超声波的应用已经有很多，例如有人将其应用在风挡雨刷上，利用超声波振荡帮助汽车抵挡雨滴。
或许在未来，空中滑板和飞毯也将成为现实。
“Wi-Vi”设备或成防跟踪神器美国麻省理工的研究人员正在测试一种名为“Wi-V i”的系统，它会向墙壁或其他障碍物发送W i- F i信号，并测量对方的回波信号，而且无处不在的无线信号几乎能实现对墙壁后面运动物体的追踪。
这一原理和雷达、声呐很相似，只是少了复杂昂贵的设备。
W i-V i系统可以被内置入智能手机，或是其他移动设备内部，从而在灾难营救和执法等领域发挥作用。
这项产品一旦开发成功，普通公众也将会使用它。
比如，夜间行走的路人，如果怀疑自己被人尾随，那么他或许会希望使用这种设备来查看隐藏在围墙或篱笆后角落里的跟踪者。
传说中的全息影像电话真的出现了一家名为L e i a D i s p l a y S y s t e m s的波兰公司开发出了一种全息影像电话，效果与电影《星球大战》中描述的技术类似。
拨打电话时，用户只需要坐在一个高科技摄像机前，该摄像机有两个镜头和一个麦克风。
之后，系统会把两个图像合成起来，然后通过互联网传输到线路的另外一端。
当另外一端的全息设备收到图像后，会将其投影到一个由水蒸气构成的屏幕上。
这项技术目前还未推向市场。
新型足球发电器：踢30 min可供3 h电能美国纽约一家公司研发出一种用体育器材为家用小电器充电的方法。
玩家每踢一下Soccket足球，它的一个内置机制就会把动能转变成电能储存起来，随后可通过一个内置US B端口，把这些电能充到专门设计的灯和其他小电器里。