大吨位沉船整体打捞耦合动力响应数值仿真.pdf

收稿日期:修回日期:录用日期:基金项目:上海市科委社会发展领域重大项目(D Z )资助项目作者简介:朱小东(),高级工程师,主要从事打捞及海洋工程研究通信作者:周东荣,教授级高级工程师;E m a i l:z d r c o e s c n 文章编号:()S D O I:/j c n k i j s j t u S 大吨位沉船整体打捞耦合动力响应数值仿真朱小东,周东荣,高定全(交通运输部上海打捞局,上海 )摘要:以“长江口二号”沉船整体打捞作业为背景,设计相应的打捞方案,并对其关键状态的动力响应进行数值实验,综合分析不同海况下多体耦合系统运动响应特性及缆绳受力情况研究结果表明,横浪工况下,打捞系统的不稳定性增加,作业风险明显高于其他浪向的同浪级工况此外,沉船离底状态下,提升缆及系泊缆的张力响应极值会高于沉船部分出水时的受力情况该数值实验验证了打捞方案实施的可行性,同时为规避打捞作业风险的海况决策提供了重要依据关键词:沉船打捞;耦合系统;数值预报;动态响应中图分类号:U 文献标志码:AN u m e r i c a lS i m u l a t i o no fC o u p l e dD y n a m i cR e s p o n s eo fI n t e g r a lS a l v a g eo f L a r g eT o n n a g eW r e c kZHUX i a o d o n g,ZHO UD o n g r o n g,G A OD i n g q u a n(S h a n g h a iS a l v a g eo f t h eM i n i s t r yo fT r a n s p o r t,S h a n g h a i ,C h i n a)A b s t r a c t:A w r e c ks a l v a g es c h e m ei sd e s i g n e df o rt h ei n t e g r a ls a l v a g eo f“Y a n g t z eR i v e rE s t u a r yI I”a n c i e n ts h i p,a n dt h ed y n a m i cr e s p o n s eo ft h ec r i t i c a ls t a t eo fs a l v a g ei si n v e s t i g a t e dv i an u m e r i c a ls i m u l a t i o n C o m p r e h e n s i v e s t u d i e s i n c l u d i n g t h em o t i o n r e s p o n s e c h a r a c t e r i s t i c s o f t h em u l t i b o d yc o u p l i n gs y s t e ma n dt h e t e n s i o no f t h e c a b l eu n d e rd i f f e r e n t s e a c o n d i t i o n s a r e c o n d u c t e d T h e r e s u l t s s h o wt h a t t h ei n s t a b i l i t yo ft h es a l v a g es y s t e mi n c r e a s e su n d e rt h et r a n s v e r s es e ac o n d i t i o n,a n dt h eo p e r a t i o nr i s ki so b v i o u s l yh i g h e r t h a no t h e rw a v e so f t h e s a m ew a v e l e v e l c o n d i t i o n s I na d d i t i o n,t h e t e n s i o nr e s p o n s e so fl i f t i n gc a b l e sa n dm o o r i n gc a b l e sa r eh i g h e r i nt h eo f f b o t t o ms t a g e t h a nt h a to f t h es u b m e r g e dp a r to f t h ew r e c k T h en u m e r i c a lr e s u l t sd e m o n s t r a t et h ef e a s i b i l i t yo ft h es a l v a g es c h e m e,p r o v i d i n gr e f e r e n c ef o rd e c i s i o n m a k i n go ns e ac o n d i t i o n s t oa v o i dt h er i s ko f s a l v a g eo p e r a t i o n K e yw o r d s:w r e c ks a l v a g e;c o u p l i n gs y s t e m;n u m e r i c a l s i m u l a t i o n;d y n a m i c r e s p o n s e随着世界经济和船舶工业的不断发展,船舶数量和吨位高速增长,由于恶劣天气、碰撞或人为错误导致的沉船事故也持续增多,海损事故船舶大型化、深水化趋势明显一些大吨位沉船由于没有被及时清除,在一些狭窄海域,沉船堵塞重要航道或设施,会对航运安全构成威胁与此同时,这些沉船在海洋环境中会迅速恶化,在船体损坏或腐蚀后,石油和其他有害物质会进入海水,使附近地区面临极端污染风险如今,沉船漏油已成为海鸟死亡的主要原因之一沉船中的电气及电子设备释放的重金属第 卷 增刊 年 月上 海 交 通 大 学 学 报J OUR NA LO FS HAN GHA I J I AOT ON GUN I V E R S I T YV o l S u p O c t 上海交通大学学报第 卷会对海洋环境和人类健康造成有害影响此外,一些沉船具有重要的考古、军事价值或政治敏感性因此,有必要进行整体打捞作业,以保存贵重货物或消除对环境的污染现阶段常用的打捞方法主要包括浮力抬升法和机械抬升法机械抬升法是一种众所周知且可靠的方法,其基本原理是利用一组提升缆,将沉船整体从海底吊升至水面整个打捞过程可分为以下个阶段:离底阶段,提升作业已经开始,但沉船仍与土壤接触;水下提升阶段,物体离开海底泥土并在水中不断被提升;部分打捞阶段,沉船开始露出水面;完全打捞阶段,沉船浮出水面,并准备运送到其他地点在波浪、海风、海流和其他环境因素的共同作用下,完成如此复杂的海上作业并不容易,一般来说,狭小的作业窗口会造成作业风险及成本迅速增加因此,对打捞工程来说,全面了解多体打捞系统的运动响应至关重要,这将有助于预测作业窗口及控制作业过程目前沉船打捞研究相对较少,但针对其他系泊式多浮体系统开展的相关工作同样能够为打捞过程的数值预报带来一些启示 M a等采用边界元法和集中质量模型相结合的方法,对规则波浪作用下多体浮式平台的动态特性进行了数值预报刘彦基于势流理论增加人工阻尼黏性修正影响,利用AQWA(A d v a n c e dQ u a n t i t a t i v eW a v eA n a l y s i s)软件对单驳船、双驳船约束及双船耦合进行水动力性能数值预报,重点分析了不同状态下驳船运动响应及波浪载荷,研究了驳船不同约束模式、浪向角及水深对驳船水动力影响规律为解决双模块之间水动力相互干扰问题,W a n g等利用线性势流理论方法对两组结构形式不同的双模块开展了数值及试验研究,得到了多浮体之间水动力干扰的一般结论总体而言,现有研究对多浮体相互作用有了较为系统的认识,有利于进一步探索打捞状态下由于多浮体耦合所引发的相互干扰现象对于沉船打捞过程,吴晓璐等重点研究了水面浮吊船的浮性和稳性,并对打捞过程中浮吊船的水动力特性及起吊力进行了计算和分析,研究的侧重点也 主 要 集 中 于 船 舶 的 静 水 力 特 性 M i n g u e z等采用计算流体力学(C F D)对水下结构物吊升过程展开数值分析,并通过基准模型试验,验证了数值建模的准确性,为沉船打捞过程的水动力分析提供了新的方法和分析思路在大吨位沉船整体打捞过程中,沉船离底阶段进行泥水跨介质大吨位载荷转移时,吊缆受力的突变可能成为打捞工程中的较大危险因素,必须加以慎重对待此外,打捞系统主体涉及浮吊船(或驳船)、沉船、系泊缆和提升缆,在沉船出水后,多浮体水动力干扰会使得整个打捞系统出现相当复杂的运动和动力特性然而,现阶段系泊缆驳船提升缆沉船耦合系统的动力学特性并没有得到充分研究,在大吨位沉船整体打捞方案实施之前有必要对其动态响应进行数值预测,确保打捞方案实施的可行性本文以“长江口二号”沉船整体打捞作业为背景,设计相应的打捞方案,并对其关键状态的动力响应进行数值模拟,为大吨位沉船的整体打捞作业的顺利开展提供重要依据 打捞方案设计 方案介绍基于“长江口二号”沉船遗址打捞的要求,利用开口驳“奋力”轮抬浮法进行沉船整体打捞,开口驳中间有大开口月池,月池两侧布置有液压钢绞线提升系统首先,将弧形梁从沉船底部穿过,与顶梁封板框架连接成整体,将沉船遗址整体包裹在里面,如图所示之后,在顶梁上安装起吊小吊梁,与开口驳月池两侧的钢绞线提升缆连接最后,采用液压同步提升技术将水下沉船遗址整体提升出水所涉及的水下沉船遗址及开口驳的相关参数如表所示,整体打捞示意如图所示图所有弧形梁掘进安装完成示意(海底透视)F i g S c h e m a t i cd i a g r a m o fc o m p l e t i o no fe x c a v a t i o na n d i n s t a l l a t i o no fa l la r c s h a p e db e a m s(s e a b e dp e r s p e c t i v e)表几何参数T a b G e o m e t r i cp a r a m e t e r s类型参数数值类型参数数值开口驳总长/m 垂线间长/m 型宽/m 型深/m 设计吃水/m 空船质量/t 水下沉船遗址总长/m 型宽/m 型深/m质量/t 增刊朱小东,等:大吨位沉船整体打捞耦合动力响应数值仿真 图开口驳整体提升示意图F i g S c h e m a t i cd i a g r a mo f l i f t i n gs t a g eo f i n t e g r a lw r e c ks a l v a g eo p e r a t i o n 系泊系统进行打捞作业时,驳船通过锚泊系统实现定位作业锚泊系统布置如图所示,根长均为 m的锚缆()对称布置,P P 和S S 为提升缆;锚缆材料属性和布置参数如表所示图驳船系泊布置示意图及波浪方向F i g M o o r i n gl i n ea r r a n g e m e n to fb a r g ea n dw a v ed i r e c t i o n s表系泊缆绳规格参数T a b S p e c i f i c a t i o n so fm o o r i n g l i n e直径/mm类别单位长度质量/(k gm)轴向刚度/MN破断张力/k N 钢丝绳 提升系统在驳船 月 池 左 右 两 侧 各 布 置 根 提 升 缆(P P ,S S ),通过布置在甲板上的液压提升设备回收提升缆,沉船被提拉上升采用液压缓冲系统减缓提升缆在船舶运动过程中所受的动态受力表所示为提升缆绳规格参数,提升系统如图所示布置表提升缆绳规格参数T a b S p e c i f i c a t i o n so f l i f t i n gc a b l e直径/mm类别单位长度质量/(k gm)轴向刚度/MN破断张力/MN 钢丝绳 图提升系统布置图F i g A r r a n g e m e n to f l i f t i n gs y s t e m 上海交通大学学报第 卷数值仿真 三维势流理论根据三维势流理论,假定流体为无旋、无黏、不可压缩的理想流体,此时流场的空间速度势函数满足:(x,y,z,t)R e(x,y,z)e i t)()式中:R e表示复数表达式的实数部分;为波浪圆频率;(x,y,z)为速度势将浮体在流场中的运动问题转化为定常问题的求解,(x,y,z)满足L a p l a c e方程:(x,y,z)()(x,y,z)可以分解为入射势I、绕射势D和辐射势R:(x,y,z)I(x,y,z)D(x,y,z)R(x,y,z)()()入射势通过下式直接给出:IA gc o s hk(zh)c o s h(k h)eik(xc o sys i n)()式中:A为波幅;g为重力加速度;h为水深;k为波数;为入射波与x轴正方向的夹角()绕射势的控制方程和边界条件,对浮体a和浮体b,有:D(x,y,z)DDz,zDnSaInSa,DnSbInSbDzzH()式中:Sa和Sb分别表示浮体a和浮体b的物体表面;n为浮体表面内法向量;H为水深()若浮体a运动,浮体b静止,则a、b周围的辐射势分别为(a)Rji(a)j(a a)j()(b)Rji(a)j(a b)j()式中:对于辐射势R,将其分解为个运动模态上的分量j(j,),分别表示浮体在x、y和z轴方向的平移和绕x、y和z轴旋转的角位移;(a)j表示浮体a的j模态运动的幅值控制方程和边界条件分别为(an)j(x,y,z)(an)j(an)jz,z(an)jnSan(an)j(an)jnSb(an)jzzHl i mnR(an)jRik(an)j,Rxyz()其他情况下的控制方程和边界条件与之类似 流体动力求解求解出流场速度势之后,根据伯努利方程,可以得到作用在浮体上的动压力:pt()式中:为流体密度对浮体湿表面单元进行压力积分,即可得到作用于浮体上的流体作用力 多浮体耦合运动的时域方程已知作用在浮体上的波浪力,可以通过刚体运动理论求解浮体在波浪中的运动在考虑风力、流力、波浪力、系泊力和提升力等环境载荷作用的情况下,多体耦合运动的时域方程为jM(a)i jx(a)j(t)lu(b a)i jx(b)j(t)tK(b a)i j(t)x(b)j()d C(a)i jx(a)j(t)()F(a)w iF(a)c uF(a)w aF(a)m dF(a)o t式中:M(a)i j为浮体a的广义质量;C(a)i j为浮体a的静回复力系数;x(a)j为浮体a在j模态的运动位移;x(b)j为运动速度;x(a)j为运动加速度;u(b a)i j为浮体a方向运动诱导的浮体b的i方向的附加质量;K(b a)i j为时延函数;为时延;F(a)w i、F(a)c u、F(a)w a、F(a)m d、F(a)o t分别为作用于浮体a上的风力、流力、波浪力、二阶漂移力和系泊力、提升力等其他外力 海底吸附力海底吸附力指沉船与海底接触发生摩擦而产生的阻力、负孔隙水压力以及土颗粒之间的黏聚力海底吸附力取决于海底特性、沉船下沉特性等由于吸附力的存在,在沉船离底的过程中会对船底产生较大的向下拉力,增加整个起吊过程的难度和风险本文所涉及的海底吸附力由S k e m p t o n公式 给出:FtS cu dB BL()增刊朱小东,等:大吨位沉船整体打捞耦合动力响应数值仿真 式中:S为结构物的底面积;cu为饱和黏土的不排水抗剪强度;d、B、L分别为结构物的埋深、宽度和长度 S k e m p t o n公式将沉浸在土体中结构物的拉拔问题简化为刚体沉浸在半无限基质的塑性极限问题,由力的平衡条件得到吸附力的公式 集中质量法采用集中质量法对系泊系统进行全耦合数值模拟,其基本思想是将缆绳的质量集中到有限节点上,同时将缆绳所受载荷也集中到节点上,节点之间由无质量的弹簧相连节点的控制方程可表示为m XF(X,X)式中:m为节点质量矩阵;X为节点全局坐标向量;F为节点所受外力载荷,根据节点类型,外力载荷由重力、系泊张力、水动力载荷以及海底支持力的部分或全部组成 有限元模型根据上述理论建立沉船整体打捞有限元模型,由驳船和沉船的水动力耦合模型以及多体耦合动力响应计算模型组成坐标原点定义在驳船的船纵剖面与中纵剖面与水线面交点上,x轴指向船首为正,y轴指向左舷为正,z向上为正基于三维建模软件完成沉船和驳船的三维模型,导入AQWA划分网格形成面元模型,如图所示图AQWA中的水动力模型F i g H y d r o d y n a m i cm o d e l i nAQWA将AQWA的水动力计算结果导入O r c a f l e x软件中,计算水面船舶、提升缓冲系统以及沉船在风、浪、流等环境因素综合作用下的耦合运动响应特性和缆绳的受力情况,如图所示 计算工况及环境参数根据打捞过程中的受力变化,选择以下较为关键的两种状态进行模拟工作,计算并分析打捞系统的耦合动力响应()沉船水下离底状态:沉船与海底分离的过图O r c a f l e x中耦合数值模型F i g C o u p l e dn u m e r i c a lm o d e l i nO r c a f l e x程通过液压提升设备,将沉船提升离底在离底瞬间,沉船会受到海底吸附力的作用,包括海底底质与船体间的黏着力、沉船被提升过程中因水分来不及进入而产生的负孔隙水压力、底质与船体侧面所产生的侧摩擦阻力等()沉船部分出水状态:沉船与海底分离后被提升至水面后的阶段沉船部分出水后,由于多个浮体之间距离较近,浮体之间会出现耦合效应,浮体之间的相互影响会使整个多浮体打捞系统出现相当复杂的运动和动力特性不同工况所使用的环境条件如表所示表海况参数T a b S e a s t a t ep a r a m e t e r s工况编号方向/()波浪参数波高,Hs/m谱峰周期,Tp/s风速/(ms)流速/(ms)A A A A A A A A A A 结果分析与讨论 水动力特性在利用专用浮箱整体抬浮法进行沉船打捞出水后,由于多个浮体之间距离较近,浮体之间会出现耦 上海交通大学学报第 卷合效应,浮体之间的相互影响会使整个多浮体打捞系统出现相当复杂的运动和动力特性针对沉船与驳船多浮体水动力干扰展开数值研究,利用幅值响应算子(R AO)表征浮体在波浪作用下的动态特征由于计算模型相对于y轴对称分布,频域分析中浪向工况的选择为 ,间隔 图分别给出了驳船及沉船的六自由度运动响应R AO曲线,两者展示出较为相似的特性,其纵荡(s u r g e)、横荡(s w a y)、垂荡(h e a v e)运动R AO在低频段随着波浪周期的增加而增加,而横摇(r o l l)、纵摇(p i t c h)、艏摇(y a w)运动R AO波浪周期的增加呈现出先增大后减小的趋势图驳船六自由度运动响应R A OF i g R A Or e s p o n s eo f d e g r e e s o f f r e e d o m m o t i o n so fB a r g e 沉船离底仿真结果沉船离底状态下,驳船由于受到复杂海洋环境载荷、提升缆张力、系泊缆张力的影响,同时存在沉船重力向驳船转移引起的吃水变化等诸多因素的干扰,其运动响应会变得极为复杂,而六自由度运动响应能够为打捞姿态的安全评估提供有效参考同样,沉船在离底过程中,由于海底阻力的变化,沉船状态的复杂性也会随之增加针对上述工况A A 给出沉船离底状态下的仿真结果如图 所示分别为沉船离底状态下驳船及沉船的六自由度运动响应极值可以发现,沉船及驳船的纵荡幅值在A 工况(浪向)下达到最大,分别为 、m A 工况(浪向)下沉船及驳船的横荡运动达到最大值,分别为 、m;垂荡运动极值分别为 、m,此时两者的横摇运动幅值也会显著增加沉船由于海底土壤吸附力以及摩擦阻力影响,在离底过程中整体受力水平会出现明显改变,容易引起较大的艏摇运动幅值,如A 工况(浪向)下沉船最大值为 ,而驳船的艏摇运动幅值相对较低,最大值仅为 此外,波浪入射方向以及参数对沉船和驳船动态响应的影响规律较为一致,在打捞离底过程中,谱峰周期较长的不规则波作用更容易诱发大幅运动对于整个打捞系统而言,提升缆是连接沉船与增刊朱小东,等:大吨位沉船整体打捞耦合动力响应数值仿真 图沉船六自由度运动响应R A OF i g R A Or e s p o n s eo f d e g r e e s o f f r e e d o m m o t i o n so fw r e c k图离底阶段各工况下沉船六自由度运动响应幅值F i g M a x i m u mr e s p o n s eo f d e g r e e s o f f r e e d o m m o t i o no fw r e c k i no f f b o t t o ms t a g e图 离底阶段各工况下驳船六自由度运动响应幅值F i g M a x i m u mr e s p o n s eo f d e g r e e s o f f r e e d o m m o t i o no fb a r g e i no f f b o t t o ms t a g e驳船的关键组件,其张力响应关系到整个打捞过程的稳定性及安全性针对沉船离底状态,图 给出了各工况下各提升缆P P 、S S 的张力响应极值可知,A 工况下可以明显观察到较大的张力响应,P 最高张力极值为 k N,且提升缆P的张力极值整体高于S缆绳的张力结合驳船图 离底阶段各工况下提升缆张力响应极值F i g M a x i m u mt e n s i o no fl i f t i n gc a b l e si nd i f f e r e n tc a s e s i no f f b o t t o ms t a g e 上海交通大学学报第 卷及沉船运动状态分析,可以发现A 工况的横荡、垂荡以及横摇运动明显增大,进一步造成提升缆张力极值激增由此可以看出,在A 工况进行打捞作业时,提升缆断裂风险会明显增加此外,沉船离底过程中的载荷转移会使驳船的吃水以及受力会发生改变,进一步影响系泊系统张力响应图 所示为沉船离底阶段各工况的系泊缆张力响应极值情况,可以发现A 工况时部分系泊缆张力明显增大,其中锚缆、张力极值分别为 、k N横浪工况A、A 下,驳船横荡运动的增加造成另一侧的系泊缆受力极值增大,其显著高于其他遭遇浪向对系泊缆受力的影响图 离底阶段各工况下系泊缆张力响应极值F i g M a x i m u m m o o r i n gt e n s i o ni nd i f f e r e n tc a s e s i no f f b o t t o ms t a g e 沉船部分出水仿真结果当水下沉船遗址整体提升至出水面后,由于多个浮体之间距离较近,所以浮体之间会出现复杂耦合效应,影响整个打捞系统的稳定性为分析沉船部分出水状态下系统的动态响应,图 分别给出了沉船部分出水时驳船及沉船的六自由度运动响应极值,其中,沉船及驳船的纵荡幅值在A 工况(浪向)下达到最大,分别为 、m A 工况(浪向)下沉船横荡运动达到最大值 m,A 工况(浪向)下驳船横荡运动达到最大值 m与沉船离底工况仿真结果类似,沉船及驳船的垂荡以及横摇运动响应在A 工况会显著增大然而不同的是,此时沉船由于脱离海底泥土,并不受离底状态的变化的土壤吸附力影响,因而沉船的艏摇明显减小,由离底状态下的极值 降至 ,而驳船的艏摇变化基本不大整体而言,与沉船离底工况相比,此时沉船及驳船的水平面运动极值有一定的减小,而垂向运动幅值呈现出部分上升的趋势图 部分出水阶段各工况下沉船六自由度运动响应幅值F i g M a x i m u m r e s p o n s eo f d e g r e e s o f f r e e d o mm o t i o no fw r e c k i np a r t i a l e f f l u e n t s t a g e图 部分出水阶段各工况下驳船六自由度运动响应幅值F i g M a x i m u mr e s p o n s eo f d e g r e e s o f f r e e d o mm o t i o no fb a r g e i nd i f f e r e n t c a s e s图 所示为沉船部分出水时各工况下提升缆P P 、S S 的张力响应极值与沉船离底状态仿真结果类似,A 工况下可以明显观察到较大的张力响应,P 最高张力极值为 k N,且提升缆P的张力极值整体高于S缆绳的张力沉船部分出水之后,由于不受海底土壤的影响,沉船的整体净重有所下降,因而导致该状态下的提升缆张力会明显低于沉船离底时的受力情况图 给出了沉船部分出水状态下各工况的系泊缆张力响应极值情图 部分出水阶段各工况下提升缆张力响应极值F i g M a x i m u mt e n s i o no fl i f t i n gc a b l e si nd i f f e r e n tc a s e s增刊朱小东,等:大吨位沉船整体打捞耦合动力响应数值仿真 图 部分出水阶段各工况下系泊缆张力响应极值F i g M a x i m u m m o o r i n gt e n s i o n i nd i f f e r e n t c a s e s况同样可以观测到A 工况下部分系泊缆张力明显增大,其中锚缆、张力极值分别为 、k N,整体受力水平与沉船离底状态下的锚缆受力较为接近,且横浪工况会显著高于其他遭遇浪向对系泊缆受力的影响 数值仿真与实船测量结果对比图 给出了沉船打捞实际工程现场图表为横摇纵摇实际测量值与数值模预报值对比从表中可以看到,由于现场环境参数未知且为短峰波,波高与波浪周期应略大于数值计算海况,所以表中测量值与预报值存在一定差距,但两者仍为同一量级,可以说明数值预报具有合理性图 实际沉船打捞现场图F i g S n a p s h o to fw r e c ks a l v a g e i np r a c t i c e表数值预报与实际测量横摇及纵摇最大值对比T a b C o m p a r i s o no fm a x i m u mr o l la n dp i t c h m o t i o nr e s p o n s e sb e t w e e nn u m e r i c a lp r e d i c t i o n sa n dp r a c t i c a lm e a s u r e m e n t()类别驳船横摇驳船纵摇沉船横摇沉船纵摇实测 A A 综合分析针对驳船提升缆沉船系统,提升缆的动态响应是评价整个打捞过程的安全性的一个重要指标其中,动力放大系数(fD A F)能够有效表征环境载荷对提升缆产生的动力放大效应,通常被定义为最大动响应与最大静响应之比,即fD A FTd y nTs t a其中:Ts t a s和Td y n分别为提升缆最大静态张力及最大动态张力为进一步评估环境载荷及操作工况对提升缆动态响应的影响,图 给出了沉船离底(C a s eA)以及沉船部分出水状态(C a s eB)下提升缆的最大静态张力(无风浪流等环境载荷)、动态张力(有风浪流等环境载荷)以及各工况下提升缆动力放大系数极值可以看出,由于环境载荷的影响,工况A、B下的提升缆最大动态张力较静态张力有一定提升,增幅分别为 、k N其中,沉船离底过程中提升缆张力以及动力放大系数均高于沉船出水状态下缆绳的动态响应参数,这在一定程度上揭示沉船离底过程中复杂耦合效应所带来的操作风险增加,因而在实际作业过程中需要密切关注整体而言,仿真结果给出的提升缆张力极值均小于提升缆的破断张力值 MN,且留有一定阈值结合前文两种仿真状态下的驳船、沉船运动响应 上海交通大学学报第 卷图 提升缆张力响应及D A F极值F i g M a x i m u mt e n s i o no f l i f t i n gc a b l e sa n dD A F以及系泊缆受力情况,可以推断出本文所设计的打捞系统是安全有效的结论针对“长江口二号”沉船的打捞方案开展了数值模拟研究,系统分析了打捞过程中打捞多体耦合系统的状态及作业工况对打捞系统动态响应影响的一般规律,取得主要结论如下:()横浪工况下,打捞系统的动态响应会显著增加,影响打捞作业的安全性及稳定性,同时需要密切关注提升缆P、系泊缆的受力情况,以保障打捞作业的顺利开展()沉船离底状态下的复杂耦合效应会造成提升缆、系泊缆张力响应增大,明显高于沉船部分出水工况下的一般受力()设计需综合考虑船体的运动响应,提升缆及系泊缆的受力情况,所设计的打捞方案能够满足作业的安全性及稳定性需求,保证打捞作业的顺利开展参考文献:R O G OWS KAJ,WO L S KAL,NAM I ES N I KJ I m p a c t so fp o l l u t i o nd e r i v e df r o m s h i p w r e c k so nt h em a r i n ee n v i r o n m e n to nt h eb a s i so fs/s“S t u t t g a r t”(P o l i s hc o a s t,E u r o p e)J S c i e n c eo f t h eT o t a lE n v i r o n m e n t,():HE NK E LL A,N E V I N S H,MA R T I N M,e ta lC h r o n i co i l i n go fm a r i n eb i r d s i nC a l i f o r n i ab yn a t u r a lp e t r o l e u ms e e p s,s h i p w r e c k s,a n do t h e rs o u r c e sJM a r i n eP o l l u t i o nB u l l e t i n,(/):L E ECS,Y O ON HS,K I M D,e t a l L i f t i n gf o r c e sr e q u i r e dt os a l v a g eaS u n k e nv e s s e la n dc a i s s o na n dt h e i rr e s p o n s et ob o t t o mf r i c t i o n,b u o y a n c yr e l e a s e,s u r f a c e t e n s i o n,w a t e rc a p t u r ea n dw a t e rr e l e a s eJO c e a nE n g i n e e r i n g,:MAC,B ICW,X UZJ,e t a l D y n a m i cb e h a v i o r so fah i n g e dm u l t i b o d y f l o a t i n ga q u a c u l t u r ep l a t f o r mu n d e r r e g u l a rw a v e sJ O c e a nE n g i n e e r i n g,:刘彦复杂环境下大吨位沉船打捞多体系统耦合动力响应特性分析D镇江:江苏科技大学,L I U Y a n A n a l y s i so fc o u p l i n g d y n a m i cr e s p o n s ec h a r a c t e r i s t i c so fl a r g et o n n a g eS u n k e ns h i ps a l v a g em u l t i b o d y s y s t e m i n c o m p l e x e n v i r o n m e n tDZ h e n j i a n g:J i a n g s u U n i v e r s i t yo fS c i e n c ea n dT e c h n o l o g y,WAN GYT,WAN GXF,XUSW,e t a l N u m e r i c a la n de x p e r i m e n t a li n v e s t i g a t i o no fh y d r o d y n a m i ci n t e r a c t i o n so f t w oV L F Sm o d u l e sd e p l o y e d i n t a n d e mJ C h i n aO c e a nE n g i n e e r i n g,():吴晓璐,李天匀,刘敬喜静水中水面倾覆船舶打捞的力学分析J中国舰船研究,():WU X i a o l u,L IT i a n y u n,L I UJ i n g x i A m e c h a n i c sa n a l y s i so f s a l v a g ep r o c e d u r eo f f l o a t i n gc a p s i z e ds h i pi ns t i l lw a t e rJC h i n e s eJ o u r n a lo fS h i pR e s e a r c h,():M I NGU E Z M,A L J A R AH R,MA L A S S AG N E A,e t a lC F D&b a s i nt e s tb e n c h m a r k sf o rs u b s e al i f ta n a l a y s i sCO f f s h o r eT e c h n o l o g yC o n f e r e n c e N e wY o r k,U S A:C u r r a nA s s o c i a t e s,I n c,高定全,刘雨,寇雨丰沉船打捞多体系统耦合动力响应特性计算研究J船舶工程,():GA OD i n g q u a n,L I U Y u,K OU Y u f e n g C a l c u l a t i o na n dr e s e a r c ho nc o u p l i n gd y n a m i c r e s p o n s ec h a r a c t e r i s t i c so fw r e c ks a l v a g em u l t i b o d ys y s t e mJS h i pE n g i n e e r i n g,():金广泉,金涛,陈晓红,等底质对潜坐结构吸附力的试验研究J海军工程学院学报,():J I N G u a n g q u a n,J I N T a o,CHE N X i a o h o n g,e ta lE x p e r i m e n t a l r e s e a r c ho nb r e a k o u t f o r c eo f e m b e d d e do b j e c t s f r o ms e d i m e n t sJ J o u r n a l o fN a v a lU n i v e r s i t yo fE n g i n e e r i n g,():X I NSZ,WAN G Y T,WANGL,e