《海洋工程》2014年第1期摘要
防波堤椭圆形桶型基础结构的贯入受力特性实验研究
徐光明1，顾行文1，任国峰1，蔡正银1，黄英豪1，茅加峰2
（1.南京水利科学研究院水文水资源与水利工程国家重点实验室，南京 210029；2.南京土壤仪器厂有限公司 南京 210014）
摘要:某工程拟在深水软土地基上修筑防波堤，为了尽量减少地基处理充分利用天然地基，创新性设计出一种轻型薄壁的预制防波堤结构，其挡浪部分为直立薄壁圆筒，基础部分则为倒扣的薄壁椭圆形桶，并且椭圆形下桶为外壁和内隔板分成9个格室，防波堤结构浮运至指定位置后，拟采用负压工法施工安装就位。这种新型防波堤结构为国内外首次提出，其下沉施工设计尚无规范可循，为此开展了土工离心模型试验，在模型加速过程中模拟了椭圆形下桶基础在淤泥层中的自重下沉，之后利用新研发了一种大行程作动加载装置给椭圆形下桶施加下推力，让其继续向下贯入直至穿越整个淤泥层，以模拟负压工法的贯入下沉。试验测量了下桶贯入下沉过程中的推力与贯入位移，还尝试测量了桶壁和内隔板断面的压应变，由此分析了下桶基础的下沉总阻力、桶壁摩擦力以及截面压应变随贯入位移的变化。结果发现，这些曲线均出现了转折点，根据转折点对应的下沉总阻力确定了椭圆形下桶基础贯入过程所遭遇的临界下沉总阻力值，据此估算了负压工法中所需施加的压力差。
关键词:桶型基础防波堤；下沉阻力；摩擦力；离心模型试验
徐光明，顾行文，任国峰，蔡正银，黄英豪，茅加峰.防波堤椭圆形桶型基础结构的贯入受力特性实验研究[J].海洋工程，2014，32（1）:1-7.
基于间断有限元方法的三维近岸波生流数值模型建立
赵张益，张庆河
（天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300072）
摘要:在三维水动力模型中引入三维辐射应力，水滚影响以及波浪附加紊动效应，并基于间断有限元方法建立了非结构化网格三维波生流数值模型。采用实验室内斜坡地形条件下正向入射波在破波带附近产生的近底回流和斜向入射波产生的沿岸流对模型进行了验证。结果表明，计算值与实测值吻合程度较好，该模型可以较好地描述三维近岸波生流。
关键词:波生流；间断有限元法；非结构化网格；三维辐射应力；近底回流；沿岸流
赵张益，张庆河.基于间断有限元方法的三维近岸波生流数值模型建立[J].海洋工程，2014，32（1）:8-16.
浮式生产储油系统内孤立波载荷特性实验
许忠海，黄文昊，尤云祥，胡天群
(上海交通大学海洋工程国家重点实验室,上海 200240)
摘要:将置于大尺度密度分层水槽上下层流体中的两块垂直板反方向平推，以基于MCC理论解的内孤立波诱导上下层流体中的层平均水平速度作为其运动速度，发展了一种振幅可控的双推板内孤立波实验室造波方法，并对内孤立波作用下浮式生产储油系统（FPSO）的载荷特性开展了系列实验。结果表明，无因次内孤立波水平力和力矩幅值均与先导内孤立子无因次振幅之间呈线性关系，其斜率与上下层流体深度比有关；在各种上下层流体深度比下，无因次内孤立波垂向力幅值与先导内孤立子振幅之间近似呈幂函数关系。
关键词:内孤立波；MCC理论；浮式生产储油系统；载荷特性
许忠海，黄文昊，尤云祥，胡天群. 浮式生产储油系统内孤立波载荷特性实验[J].海洋工程，2014，32（1）:17-24.
深水钻井船动力定位能力分析方法研究
何进辉，张海彬
（中国船舶工业集团公司第七○八研究所，上海 200011）
摘要:在风载荷估算的传统模块法基础上，引入了形状修正系数、方向修正系数和遮蔽系数，提出了适合于钻井船风载荷估算的改进模块法，可为钻井船动力定位能力分析提供更准确的环境载荷。同时，针对深水钻井船配置有数量众多推力器的特点，采用序列二次规划法进行推力器的推力分配优化求解，形成了适用于深水钻井船的动力定位能力分析方法，并编制了相关分析软件。实例分析表明，本方法计算结果可靠，可以用于深水钻井船的动力定位能力评估。
关键词:深水钻井船；动力定位；改进模块法；推力分配策略
何进辉，张海彬.深水钻井船动力定位能力分析方法研究[J].海洋工程，2014，32（1）:25-31.
不同布缆方式锚碇沉管管段运动的数值模拟
杨 璨，王永学，左卫广
（大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室，大连 116024）
摘要:通过建立波浪作用下锚碇沉管管段运动的时域数值计算模型，对锚碇沉管的运动响应及锚碇缆受力特性进行了研究。应用集中质量法求解锚碇缆力，应用四阶Runge Kutta法求解管段时域运动方程，计算了在不同沉深、不同周期、不同波高和不同波向条件下沉管管段的运动幅值和锚碇缆力。数值计算的结果表明：锚碇沉管的锚碇缆对沉管管段的运动起到一定的约束作用，在沉放深度较浅、波浪周期较大时，锚碇缆对沉管管段运动幅度的制约更为明显。通过五种布缆方式的计算与分析，探讨了布缆方式对沉管管段运动响应及锚碇缆受力的影响,并给出了较为合理的布缆方案。
关键词:沉管隧道；运动响应；集中质量法；布缆方式
杨 璨，王永学，左卫广.不同布缆方式锚碇沉管管段运动的数值模拟[J].海洋工程，2014，32（1）:32-40.
基于进化策略的顶张力立管海底井口布置方法研究
肖志国，罗 勇，李 欣
(上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海 200240)
摘要:顶张力立管(TTR)在使用过程中，由于恶劣的工作环境，由多根立管构成的立管束容易发生立管间的碰撞。碰撞一旦发生将对立管的性能产生严重影响。立管在海底井口的合理布置可以有效地减少立管间碰撞的发生。进化策略（Evolution Strategy，ES)是一种快速可靠的遗传算法。考虑到当前进行端口布置时计算量大、计算时间长的问题，将ES应用于顶张力立管海底端口布置的问题上，采用简化模型进行端口布置优化设计，同时对于立管数目较多时，提出将立管进行分组计算的方法，在保证结果正确性的基础上提高计算的快速性。将计算结果与Lingo软件计算结果进行了对比，证实了方法的有效性。
关键词:顶张力立管；进化策略；井口布置；海底
肖志国，罗 勇，李 欣.基于进化策略的顶张力立管海底井口布置方法研究[J].海洋工程，2014，32（1）:41-48.
海底管道沙粒侵蚀的数值模拟及侵蚀公式评价
王思邈，刘海笑，张 日，刘鸣洋
（天津大学 建筑工程学院，天津 300072）
摘要:海底管道中颗粒侵蚀是油气输送过程面临的一个重要问题，也是流动保障的一个重要分支。弯头和T型堵头管是油气生产中最易于发生颗粒侵蚀的管道组件。首先使用剪切压力传输模型（SST）计算管道内流场，使用拉格朗日方法跟踪颗粒运动轨迹，结合颗粒随机反弹模型，建立跟踪复杂流场中大规模颗粒运动轨迹的一般方法；之后引入四种颗粒侵蚀公式，预测弯头、T型堵头管的砂粒侵蚀结果，并结合实验数据，比较分析各侵蚀公式的精度与适用性。分析结果表明，对于弯头，四种侵蚀公式的数值结果与实验结果均吻合良好，其中Tabakoff的侵蚀公式具有较高的精度和较好的适用范围；对于T型堵头管，数值方法对颗粒运动机理的模拟尚存缺陷，需做进一步改进。
关键词:管道沙粒侵蚀；油气输送；弯头；T型堵头管；侵蚀公式
王思邈，刘海笑，张 日，刘鸣洋.海底管道沙粒侵蚀的数值模拟及侵蚀公式评价[J].海洋工程，2014，32（1）:49-59.
考虑海底管线初始侧向变形的低阶模态水平向整体屈曲分析
郭林坪，刘 润，闫澍旺
（天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300072）
摘要:温度应力下海底管线的整体屈曲是海底管线设计中的关键问题之一，不埋或半埋的海底管线较易发生水平向整体屈曲。海底管线会因为制造的缺陷或铺设的原因而具有初始变形，即初始侧向变形。研究了初始侧向变形对海底管线整体屈曲的影响，应用小变形理论建立了单拱侧向变形和反对称双拱侧向变形管线发生低阶模态水平向整体屈曲的理论分析方法，结合工程实例分析了初始侧向变形形态、侧向变形幅值以及地基土体强度特性对管线水平向整体屈曲的影响。结果表明，初始侧向变形的存在使管线更易发生整体屈曲；而反对称双拱侧向变形比单拱侧向变形更易引起管线整体屈曲；随初始侧向变形幅值的增加管线发生整体屈曲所需要的温差降低，且整体屈曲变形形态有所改变管土间摩擦系数的增加会提高管线发生整体屈曲的温差，从而提高管线抵抗整体屈曲变形的能力。
关键词:海底管线；初始侧向变形；水平向整体屈曲；低阶模态；温差
郭林坪，刘 润，闫澍旺.考虑海底管线初始侧向变形的低阶模态水平向整体屈曲分析[J].海洋工程，2014，32（1）:60-67.
干湿交替下水分及氯离子在混凝土中传输的细观数值模拟
鲍玖文，王立成
(大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室，大连 116024)
摘要:氯离子侵蚀已成为影响海洋及近海环境中混凝土结构耐久性的主要因素。考虑材料组成的非匀质特性，将混凝土看作由粗骨料、硬化水泥砂浆及二者界面过渡区组成的三相复合材料的细观层次方法，是开展物质传输过程研究的新途径。建立非饱和混凝土中氯离子传输的一维非线性对流扩散方程，并利用伽略金加权余数法给出了该方程的有限元形式，采用适用于物质传输的细观格构网络模型开展了水分及氯离子在非饱和混凝土中传输过程及分布规律研究，分析了干湿循环周期和循环机制对水分及氯离子传输性能的影响规律。数值计算结果表明，干湿交替下，相同的干燥时间，非饱和混凝土内水分及氯离子的侵入深度主要取决于湿润时间，而干燥时间和循环周期数则影响混凝土表层氯离子含量，并在混凝土表层10 mm处有浓度集中现象。
关键词:混凝土；氯离子；细观；干湿交替；传输过程
鲍玖文，王立成. 干湿交替下水分及氯离子在混凝土中传输的细观数值模拟[J].海洋工程，2014，32（1）:68-74.
潜器在冲击载荷下的运动和控制研究
程嘉欢，连 琏，刘可峰
（上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海 200240）
摘要:潜器在水下发射火箭时会产生复杂的运动变化，对其研究很有实际意义。参照格特勒运动方程，建立潜器运动的非线性数学模型。导入实验模型的参数，对其六自由度基本运动进行了仿真，并与水池实验结果相比较，验证了仿真模型的有效性。导入发射火箭时潜器受到的完整载荷，计算分析了不同航速下潜器的运动响应和运动控制。结果表明，发射载荷对潜器运动将产生较长时间的显著影响，包括速度损失、升沉运动和纵倾角振荡。航速越小，运动变化越大，恢复所需时间越长，控制越困难。
关键词:六自由度潜器运动模型；水锤压力；仿真与实验；运动响应与控制
程嘉欢，连 琏，刘可峰. 潜器在冲击载荷下的运动和控制研究[J].海洋工程，2014，32（1）:75-83.
1211号台风对浙江象山皇城海滩剖面的影响分析
童宵岭1，2，时连强2，夏小明2，程 林2，姜呈浩2
（1.浙江大学海洋学院，杭州 310058；2.国家海洋局第二海洋研究所, 杭州 310012）
摘要:通过对浙江象山皇城海滩地形地貌的现场调查，对比分析了1211号台风“海葵”登陆象山前后海滩剖面的蚀积变化，探讨了该处海滩对1211号台风“海葵”的响应特征。研究结果表明，在2012年8月台风“海葵”过境期间，皇城海滩从总体上看，剖面表现为上冲下淤，平面表现为北冲南淤，其后滨沙丘蚀积变化剧烈，海滩沉积物总收支变化不大。皇城海滩不同岸段剖面对台风“海葵”的响应特征不同，切线段以淤积为主，过渡段、遮蔽段以侵蚀为主，且遮蔽段在三个岸段中变化最小，台风响应强度最弱。台风路径走向、岬湾海滩相对台风的走向和岬角突出程度是其对台风响应强度的重要影响因素。
关键词:岬湾海滩；台风响应；沉积地貌特征；皇城海滩
童宵岭，时连强，夏小明，程 林，姜呈浩. 1211号台风对浙江象山皇城海滩剖面的影响分析[J].海洋工程，2014，32（1）:84-90.
环抱式防波堤口门航道横流三维特性研究
张 玮，李 泽，刘 燃，钱 伟
（河海大学港口海岸与近海工程学院，南京 210098）
摘要: 环抱式防波堤口门易出现较大横流，且三维特性明显。针对连云港主港区深水航道，建立三维潮流数学模型，并用现场航槽实测资料进行验证，在此基础上计算分析了不同潮差条件下口门段进港航道横流的三维特性。研究结果表明：最大横流约出现在高潮位前1.5 h，自表层至底层相继出现，且表、底层出现时刻仅相差0.5 h；因航道边坡较小，最大横流时未见水流分离现象，航槽底部没有反向流；各层最大横流值均与涨潮潮差有关，且相关程度高；航道内最大横流垂向分布梯度随潮差增加略有增大。
关键词:环抱式防波堤；浅滩深挖槽；三维水流；口门航道横流
张 玮，李 泽，刘 燃，钱 伟. 环抱式防波堤口门航道横流三维特性研究[J].海洋工程，2014，32（1）:91-98.
舰船气泡尾流分布的BPBE表征方法研究
王桂军，闫雪飞，金良安，苑志江
(海军大连舰艇学院航海系，大连 116018)
摘要:基于气泡群平衡方程(BPBE)，提出一种用于更系统表征舰船气泡尾流变化特征的数值模型。模型的创新处在于既能反映气体传质因素的影响，又考虑了尾流中实际存在的气泡聚并现象，且具有简单易行，运算效率高的特点。分析结果表明：聚并在近尾流区作用强烈，传质在远程尾流区作用明显；聚并对BND的分布变化影响不大，对气含量的发展变化则发挥着主要作用；尺寸为70～80 um的气泡BND最大，尺寸为200 um的气泡气含量最大。
关键词:舰船尾流；气泡；聚并；气泡群平衡方程；气含量
王桂军，闫雪飞，金良安，苑志江.舰船气泡尾流分布的BPBE表征方法研究[J].海洋工程，2014，32（1）:99-105.
组合桶型基础水平循环承载力模型试验
周松望1，王建华2,3
（1.中海油田服务股份有限公司物探事业部，天津 300451；2.天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300372；3. 天津大学 岩土工程研究所，天津 300072）
摘要:在一个大型土池中进行了软土中组合四桶基础在竖向静荷载与水平循环荷载共同作用下的承载力模型试验，研究了竖向静荷载与水平循环荷载对组合桶型基础破坏形式与承载力的影响。试验结果表明，组合四桶基础的变形主要包括水平循环变形与竖向循环累积沉降。基础的破坏形式取决于水平循环荷载与竖向静荷载。若竖向静荷载较小，过大的水平循环位移将导致基础破坏；随竖向静荷载增加，竖向循环累积沉降将变为导致基础破坏的主要原因。试验结果还表明，在不同竖向静荷载与水平循环荷载共同作用下，基础的水平循环承载力大约为水平静承载力的70%左右。
关键词:桶型基础；模型试验；循环承载力；海洋软土地基
周松望，王建华. 组合桶形基础水平循环承载力模型试验[J].海洋工程，2014，32（1）:106-111.
基于凝集质量法的海洋缆索动力学建模与仿真技术
朱艳杰1，朱克强1，杨冰卡1，王志博1，秦道武1，曾 峰1，章浩燕1，夏 峰2
(1.宁波大学，宁波 315211；2.宁波市东方电缆股份有限公司，宁波 315211)
摘要:海洋缆索广泛用于海洋工程领域，海上作业过程中海缆在波浪、流等动力因素作用下容易产生显著的动力响应。为保证海上作业的安全，需要对海缆的动力响应进行有效的分析和研究。首先介绍了缆索的通用弹性动力学方程，然后给出了用凝集质量法求解此方程的模型，算法采用四阶龙格库塔法，利用Matlab仿真计算了水下拖缆回转的形态，经验证，结果有效。由此可得到凝集质量法在解决缆索动力问题中，也是一个很好的选择。
关键词: 海洋缆索；动力分析；凝集质量法
朱艳杰，朱克强，杨冰卡，王志博，秦道武，曾 峰，章浩燕，夏 峰.基于凝集质量法的海洋缆索动力学建模与仿真技术[J].海洋工程，2014，32（1）:112-116.
海上固定式平台结构安全储备研究综述
徐 彻,杨 飏
（大连理工大学船舶工程学院，大连 116024）
摘要:海洋平台长期暴露在海洋环境当中，因此复杂的海上环境载荷以及爆炸、火灾等偶然载荷作用会对平台的安全造成很大的威胁。安全储备概念的提出就是为了对结构的安全性进行量化评价。对现阶段结构安全储备的研究进行分析和总结，为海洋平台结构安全性的定量分析提供思路，从而能够更合理地提高海洋平台结构的安全储备。首先概述了海洋平台方面安全储备的发展过程。综述了结构安全储备方面的相关概念、分类方式、评价标准以及相关的安全储备性能指标。从确定性研究方法和基于概率的研究方法两方面，对海洋平台安全储备研究现状进行对比和总结，并分别列举了构件层次的安全储备和与海洋平台结构相关的RSR和CMR等安全储备指标及研究方法，并提出了一些关于海洋平台结构安全储备研究的问题和思路。
关键词:海洋平台；安全储备；结构倒塌；性能指标
徐 彻,杨 飏. 海上固定式平台结构安全储备研究综述[J].海洋工程，2014，32（1）:117-124.
