内孤立波与深海立管相互作用数值模拟

 

刘碧涛¹，李  巍¹，尤云祥¹，曲  衍²，范  模²

 

(1.上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海  200240；2.中海油研究总院，北京100027)

 

摘要:提出了一种对内孤立波与深海立管相互作用耦合数值模拟方法。流场采用内孤立波数值水槽方法进行模拟，结构响应采用基于薄壳理论的有限元方法进行计算，采用一种将流场和结构响应数据进行实时传输的方法，实现了流体与固体之间的耦合数值模拟。对内孤立波作用下某长径比为1 200的深海立管载荷及其动力响应特性进行了数值模拟与分析。结果表明内孤立波不仅会对深海立管产生突发性剪切载荷作用，而且还会使立管产生大幅度变形响应现象，因此在深海立管设计与应用中，内孤立波的影响是不可忽视的。研究表明，该方法为研究内孤立波作用下深海立管动力特性及其工程预报相关问题提供了一种有效的手段。

 

关键词:内孤立波；深海立管；数值水槽；动力响应

 

 

平板对下游方柱流体动力性能影响分析

 

闫岱峻，苏玉民，于宪钊

 

(哈尔滨工程大学 水下机器人技术重点实验室，黑龙江哈尔滨  150001)

 

摘要:基于有限体积法求解二维粘性不可压缩Navier-Stokes方程，分别采用层流模型和Realizable k-ε模型研究Re=250和Re=10⁴前置平板与下游方柱间的流动干扰现象，分析不同尺度的平板布置在不同位置时对下游方柱的绕流场及流体动力性能的影响。计算发现在方柱上游布置平板可以有效的控制方柱的绕流场，减小方柱的阻力系数和升力系数；随着平板尺度的增加，方柱的阻力系数、升力系数呈下降趋势；并且存在较好的平板布置区间，可以最大程度的降低方柱和平板的阻力系数及方柱的升力系数，从而达到良好的减振、降噪的效果。

 

关键词:方柱；旋涡；干扰；流体动力性能；平板

 

 

均匀流中深水系泊Truss Spar平台涡激运动试验研究

 

张  蕙，杨建民，肖龙飞，杨立军

 

(上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海  200240)

 

摘要:在工程中广泛应用的Truss Spar平台自诞生之初就为涡激运动问题所困扰，对其运动特性及抑制方法的机理性研究始终都在进行。采用截断系泊系统水池模型试验对设计中的Truss Spar平台在均匀流中的涡激运动响应进行了研究，分析了有无侧板平台的运动轨迹以及不同速度及流向角来流对平台运动的平衡位置的影响。在影响平台涡激运动特性的重要因素中，选取折合速度及流向角分别加以研究，分析了幅值在锁定区间中的变化规律，验证了减涡侧板对涡激运动良好的抑制作用，并对“热点”问题进行了探讨。为进一步研究Spar平台的涡激运动特性奠定了基础。

 

关键词:Truss Spar；涡激运动；模型试验；均匀来流

 

 

单立柱张力腿平台水动力性能试验研究

 

邹  康¹，匡晓峰¹，范会渠²，徐爱进²

 

(1.中国船舶科学研究中心，江苏 无锡  214082；2.上海利策科技有限公司，上海  200233)

 

摘要:通过耐波性水池进行单立柱张力腿平台(简称SCTLP)在系泊状态下的运动特性，以及张力筋键受力情况的试验研究。试验分别在规则波和不规则波(长峰波和短峰波)中进行，浪向选取180°。根据水池深度，模型试验采用1∶87.5的缩尺比进行全水深模拟，并对风力和流速进行了模拟。通过试验，获得较为丰富的试验数据，能很好地分析SCTLP的运动特性。

 

关键词:单立柱张力腿平台；系泊状态；运动特性；水动力性能

 

 

深水锚泊定位半潜式钻井平台性能数值与试验研究

 

史琪琪，杨建民，肖龙飞

 

(上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海  200240)

 

摘要:近年来，深水半潜平台已成为海洋工程领域研究的热点。分别通过模型试验和数值模拟的方法，对不同水深和浪向条件下作业的深水半潜平台的运动以及系泊系统的受力进行全面分析。在此基础上，进一步研究平台在深水作业时的运动和动力特性，以及水深和环境海况的变化对平台运动和系泊系统受力的影响规律。同时，对比完整系泊系统的情况，对一根系泊缆破断的极端状态下平台的特性开展研究，获得运动和系泊系统受力的变化规律。对比发现试验和数值的结果能较好地相互吻合，且均能满足相应的安全度要求，保证平台实际作业时的可靠性，为深水半潜平台设计中的安全极限计算提供一定的依据。

 

关键词:深水半潜平台；非线性耦合；运动特性；系泊系统

 

 

浅海导管架平台结构损伤诊断试验研究

 

刘杰鸣¹，李  绂¹， 黄维平 ²，石  湘²

 

（1.中国石油集团海洋工程有限公司，北京  100176；2.中国海洋大学工程学院，山东 青岛266100)

 

摘要:基于模型试验研究了浅海导管架平台的结构损伤诊断，采用标量型ARMA模型识别出结构的三阶模态参数，分别采用遗传算法和模态应变能法对试验模型不同模拟损伤工况进行了损伤诊断。基于遗传算法，提出了采用不同自由度一阶模态参数的损伤诊断方法。研究表明，由于海洋平台的前三阶模态分别为不同自由度的一阶模态，采用两阶或三阶模态识别损伤时，损伤杆件影响较小的自由度方向的模态参数对结构的损伤诊断将产生不利的影响，成为识别噪声。因此，可分别采用不同自由度的一阶模态进行结构损伤诊断。

 

关键词:导管架平台；结构损伤诊断；模态应变能法；遗传算法；模态识别

 

 

自由站立式立管总体运动疲劳分析

 

康  庄¹，李  辉¹，孙丽萍¹，冯  玮²，贾  旭²

 

（1.哈尔滨工程大学 船舶工程学院深海工程技术研究中心，黑龙江 哈尔滨  150001；2.中海石油研究中心，北京  100027)

 

摘要:由于良好的疲劳特性，自由站立式立管（FSHR）正广泛应用于深海油气田的开发当中。首先根据设计参数建立FSHR详细的有限元模型，然后利用谱分析方法对FSHR进行总体运动疲劳分析，以确定FSHR总体设计参数是否满足运动疲劳要求。最后对工作于相同环境下的钢悬链立管（SCR）进行总体运动疲劳分析，探讨哪种立管系统的疲劳性能更为优良。计算结果表明FSHR系统中刚性主管最大运动疲劳损伤出现在刚性主管顶部，FSHR总体设计参数满足规范要求；FSHR总体运动疲劳寿命要远大于SCR，体现了FSHR系统对浮体运动与刚性主管之间具有良好的解耦作用。

 

关键词:自由站立式立管；谱分析方法；疲劳分析；钢悬链立管

 

 

一种新的模拟潮差区混凝土受氯盐侵蚀试验方法

 

许  晨，金伟良，李志远，张  奕，姚昌建

 

(浙江大学 结构工程研究所，浙江 杭州  310058)

 

摘要:针对目前实验室内模拟潮差区混凝土受氯盐侵蚀干湿循环试验方法中存在的难点，提出了一种新的海洋潮汐环境的室内模拟试验方法。以实际码头工程为参照，设计了相应的室内模拟试验，通过对现场混凝土墙及室内混凝土试件的取样分析从浸润时间比的角度讨论了两者之间的相关性。试验结果证明该模拟试验方法能有效模拟混凝土结构在实际海洋潮汐环境下的氯盐侵蚀情况。

 

关键词:混凝土耐久性；室内模拟试验；潮差区；氯离子；扩散系数

 

双挡板透空堤透浪与反射系数实验研究

 

范  骏，王宇楠，杨斯汉，严士常，王  伟，钱学生

 

(河海大学 港口海岸与近海工程学院，江苏 南京  210098)

 

摘要:设有挡浪板结构的透空式防波堤适用于水深较大的海域，且具有较好的消浪效果。采用物理模型试验，探究具有双侧挡浪板结构的透空式防波堤透浪系数与反射系数的影响因素与规律，研究包括外侧与内侧挡浪板入水深度，水平板板宽，结构上部挡浪墙的高度与位置，水平板超高与波浪要素等因素。通过比较各家透浪系数的理论计算公式与实验结果，进行透浪系数的计算方法研究，给出修正Wiegel公式拟合双侧挡浪板透空式防波堤的透浪系数计算公式，供工程设计参考与进一步研究。

 

关键词:透浪系数；透空式防波堤；双挡板；反射系数

 

 

基于实测的导管架海洋平台振动对人员安全评价

 

车啸飞^1，2，张大勇³，岳前进¹，樊哲良¹

 

(1.大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室，辽宁 大连  116023；2.中航工业集团沈阳发动机设计研究所，辽宁 沈阳  110000；3.大连海洋大学 海洋工程学院，辽宁 大连116023)

 

摘要:目前我国的海洋工程结构中，导管架式海洋平台占有很大比重，动荷载作用下导管架式海洋平台的振动问题日益突出。随着石油开发向深海进军，平台结构柔性更大，振动问题更为显著，可能对结构、设备及人员造成一定的安全隐患。基于现场监测获得的导管架平台振动响应，结合相关规范给出振动对人体的影响，提出人员感受评价流程。最后，以渤海、南海海域的导管架平台为例，基于现场监测，分析了结构的振动特性及作业人员在相应振动环境下的感受。此方法对导管架平台上部作业人员的工作与安全保障提供了科学依据。

 

关键词:导管架海洋平台；振动；安全评价；人员感受

 

 

海上风机支撑结构设计分析

 

李红涛¹，李林斌²

 

（1.中国船级社 海工审图中心，天津  300457；2.中国船级社 海工建造处，北京  100007)

 

摘要:介绍海上风机支撑结构的一般失效形式，提出了适合工程实践的设计分析方法，并以某一单立柱三桩的海上风机支撑结构为例，进行了最终强度计算、动力特性分析以及疲劳强度分析。计算结果表明:1)疲劳工况是结构设计的控制工况；2)支撑结构振动频率在风机工作频率1P和3P之间；3)风机工作时的气动阻尼可有效减少支撑结构振动和疲劳损伤。

 

关键词:海上风机；支撑结构；动力特性；疲劳强度

 

 

腐蚀影响下半潜平台浮体时变极限强度

 

徐志亮，王德禹

 

(上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海  200240)

 

摘要：主要探讨了半潜钻井平台浮体结构由于受到海洋环境腐蚀作用后的时变极限强度问题。首先，总结各种关于腐蚀损伤的平均厚度缩减模型，选择较能反映实际腐蚀过程的数学模型来估量浮体的钢板厚度缩减。在此基础上进行一系列极限强度计算，根据计算结果给出浮体极限强度预报公式。最后研究不同纵向构件板厚折减对极限强度的影响，发现浮体角隅板的单位体积影响率最高，而占结构比例大的构件厚度折减也将使得强度大大削弱，这两类纵向构件需要予以重点腐蚀保护。

 

关键词：半潜平台；浮体；极限强度；腐蚀模型

 

 

奥里油溢油扩散面积预测非线性方法研究

 

龙新峰，邱  平

 

(华南理工大学 化工与能源学院传热强化与过程节能教育部重点实验室，广东 广州 510640)

 

摘要:奥里油盛产于委内瑞拉，是一种煤、石油等潜在的替代燃烧物，近年来已经应用于多个国家的电厂锅炉、工业炉等燃油场合。随着应用量的增大，其海上运输产生的溢油风险也越来越大。针对奥里油溢油现象并基于图像处理及边缘检测提出了一种奥里油溢油扩散面积预测的方法。在Matlab环境下，对图像进行边界提取，面积计算，最后利用BP神经网络进行面积预测。通过与实验进行比较，结果表明，采用Sobel算子进行边缘检测时提取的边缘较细、对边缘定位较准、对灰度渐变和噪声处理较好。采用BP神经网络获得的面积预测结果与实验测得的结果最大相对误差为0.88%，吻合度较好。

 

关键词:奥里油；溢油扩散；面积预测；BP神经网络

 

 

海上溢油油膜厚度实验室模拟和理论模型对比研究

 

吴晓丹^1，2，宋金明¹，李学刚¹，袁华茂¹，李  宁¹

 

(1.中国科学院海洋研究所 海洋生态与环境科学重点实验室，山东 青岛  266071；2.中国科学院 研究生院，北京  100049)

 

摘要:溢油量是衡量溢油规模的关键指标，是处理溢油事故的重要依据。油膜厚度是确定溢油量的基本前提，是一个尚未解决的国际难题。实验室中模拟了不同阶段和不同环境条件下扩展油膜的厚度变化特征。结果表明，实验室模拟与理论模型分析具有基本一致的变化趋势，扩展速度与扩展时间成反比；温度是影响油膜厚度的重要因素，相同条件下，温度越高，油膜厚度越小；海水盐度会影响溢油扩展，但这种影响并未延伸到对油膜厚度的控制上。由于实验室模拟限定在平静海面条件下，并未考虑风和海流等扩展中不容忽视的因素，故与理论构建模型相比系数相差较大。通过对比分析，前期构建的理论模型更能准确地反映海洋溢油的实际情况，加之在实例验证中的较高准确性，该模型具有业务化实施和广泛推广的潜力。

 

关键词:油膜厚度；实验室模拟；理论模型；温度；盐度

 

 

海堤上波浪爬高与越浪计算分析

 

王  鹏，孙大鹏，吴  浩

 

(大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁大连  116023)

 

摘要:基于线性波理论，采用VOF法、RNG k-ε的湍流模型，通过FLUENT软件平台的二次开发功能实现了质量源造波。利用多孔介质模型，在动量方程里添加多孔介质源项，对斜坡堤上铺设异型块体时的爬高与越浪进行了数值模拟，并通过模拟爬高值率定出FLUENT中多孔阻力系数与多种异形块体糙渗系数之间的关系，进而建立了可供实际应用的海堤上波浪爬高与越浪数值模型。

 

关键词:FLUENT；造波；多孔介质；爬高；越浪；海堤

 

 

直接积分法在防波堤可靠性分析中应用

 

张  磊，董  胜，张向东

 

(中国海洋大学 工程学院，山东 青岛  266100)

 

摘要:防波堤是港口工程的重要组成部分，在港口工程总投资中占有较大的比重。准确地计算防波堤的可靠性具有重大的理论和经济意义。随着数理统计理论的快速发展，直接积分法在结构可靠性计算中的应用逐渐得到重视。应用直接积分法计算直立式防波堤的可靠性，概率意义明确，计算精度高。以秦皇岛典型直立堤为算例，采用直接积分法对直立式防波堤进行可靠性分析时，将无限积分区域转换成有限积分区域，分析选择了波浪力和浮托力的联合密度函数，采用数值积分的办法计算失效概率，并将计算结果与独立变量JC法和相关变量JC法的计算结果进行了对比。结果表明:直接积分法和相关变量JC法计算结果相近，而比独立变量JC法计算结果偏低。

 

关键词:直接积分法；直立式防波堤；可靠度；波浪力；浮托力

 

 

上海市湿地损失补偿机制博弈分析

 

雷智鷁¹，许长新²

 

（1.河海大学 港口海岸与近海工程学院，江苏 南京  210098；2.河海大学 商学院，江苏南京  210098)

 

摘要:我国河口湿地保护与开发之间的矛盾非常突出，针对长江口地区人地矛盾，采用博弈论的方法探讨长江口湿地补偿问题，并以上海市南汇边滩为例，基于多层博弈模型，从湿地补偿资金的来源、运作方式、投向及产生的生态补偿效益进行一个全过程研究。在第一层博弈分析中提出上海市通过圈围滩涂湿地解决人地矛盾，只有通过降低造地成本才能不违反国家相关政策，风险最小。第二层博弈的结果是基层湿地管理单位力图节约造地成本，并获得来自上海市政府的激励性补偿。第三层博弈带来上海市和基层单位在利益上的双赢，但是却损害了湿地的环境功能。为了弥补环境损失，第四层博弈把南汇边滩造地收益中降低的成本用于补偿其它具有湿地功能的湿地，表面上是补偿湿地面积，实质是补偿生态系统的平稳过渡。通过连续分层博弈过程给予了一个处理河口湿地补偿问题的可选方案。

 

关键词:博弈分析；湿地补偿；四层模型；上海市

 

 

浮基多体系统在波浪中展开的数值模拟

 

江召兵¹，杜乃娟²，陈徐均¹，洪  娟¹

 

（1.解放军理工大学 工程兵工程学院，江苏 南京  210007；2.工程兵指挥学院，江苏 徐州221004)

 

摘要:浮基多体系统在波浪中展开过程的顺序与快慢对系统的运动响应和连接处的力矩有较大影响。介绍了建立在齐次矩阵方法基础上的浮基多体系统时域运动求解，并对一具体浮基系统进行了建模和数值模拟，分析了上部机构以一定规律快速展开和慢速展开时系统的运动响应。结果表明，把齐次矩阵方法引入浮基多体系统的求解领域，其符号推导方便，运动学和动力学方程表达式变得相当简洁，而且编制程序也相对简便快捷。在相同波浪周期的情况下，多体系统的最大横摇角响应与波高正相关；在相同波高情况下，长周期的最大横摇响应要比短周期小；相对于波周期，波高对系统横摇响应的影响要大的多。

 

关键词:浮基多体系统；多体动力学；齐次矩阵方法；展开；运动响应

 

 

深水管道S型铺设监测研究

 

岳前进，张向锋，张文首，谢  鹏

 

(大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室，辽宁 大连  116024)

 

摘要:目前，深水管道S型铺设取得了优异的铺设成果，逐渐成为深水海底管道铺设的重要方法，但其铺设环境复杂，上弯段管道与托管架动态接触，现有分析手段无法有效模拟。同时，S型铺设关键设备的设计技术还不成熟，没有相应的设计规范。首先对深水管道S型铺设开展监测研究，提出了深水管道S型铺监测方案，最后利用实验室模型实验验证了该方案的可行性，可以为深水S型铺设关键设备的设计提供必要的设计数据。

 

关键词:深水/超深水；管道铺设；S-lay；托管架；铺管船

 

 

堆内构件检测ROV设计与实现

 

衣瑞文¹，张宝军²，吴  超¹，李文涛¹，葛  彤¹

 

（1.上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海  200240；2.中核电核检测中心，上海200233)

 

摘要:根据核堆内构件检测的需求，设计研发了一款超小型无人遥控潜水器(ROV)。从总体、构、电控等方面，论述了该潜水器面临的问题和设计特点。着重论述了核环境下系统器件材料的耐辐照要求，并对关键器件进行了耐辐照性试验，结果表明所选器件能够满足辐照环境下的应用要求。最后给出了系统的水池实验结果，证明该系统具有良好的操纵性和稳定性。

 

关键词:核反应堆；检测；无人遥控潜水器；耐辐照性

 

 

非线性载荷对船中弯矩响应影响

 

朱克强，蔡  瑛，于春令，张玉松，马小方，郑道昌， 徐庭留，秦道武

 

(宁波大学 海运学院，浙江 宁波  315211)

 

摘要:给出舰船结构水弹性分析的通用公式，分析典型高速船的水弹性响应，将总响应分为线性和非线性，前者用线性势流理论计算，后者用船体—流体系统脉冲响应函数的卷积积分和水动力非线性修正得到。计算表明线性解答过高地估计了共振点刚体运动，从而导致弯矩预报不准确，而非线性模拟的中拱/垂弯矩均与实验吻合较好。

 

关键词:船舶；非线性；水弹性响应；势流理论

 

 

基于电子海图的智能潜水器路径规划研究

 

孙俊岭

 

(哈尔滨工程大学 水下机器人技术重点实验室，黑龙江哈尔滨  150001)

 

摘要:随着地理信息系统技术的发展，电子海图作为一种专门的电子地图也越来越成熟。电子海图中提供了详细而准确的海洋环境信息。利用电子海图的环境建模和考虑海流因素的遗传搜索策略为解决大范围海洋环境下智能潜水器全局路径规划提供了一个新的方法。利用电子海图中的信息对智能潜水器的工作环境进行环境建模，以遗传多目标优化算法为搜索策略进行全局路径规划，并考虑海流因素对潜水器的影响，使潜水器在航行时可充分利用海流的能量。通过仿真试验对环境建模和路径规划进行了验证。该方法具有很好的实用性。

 

关键词:电子海图； 智能潜水器；全局路径规划；遗传算法