三维顶板斜向驱动方腔流有限元并行计算

王吉飞^1,2，万德成^1,2

（1.上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院，上海  200240；2.高新船舶与深海开发装备协同创新中心，上海  200240）

摘要:基于PETScFEM开源代码，采用分步有限元算法和区域分解法，并行计算了不同雷诺数下的三维顶板斜向驱动方腔流问题。计算结果表明，当顶板沿其对角线方向运动时，流体与下游侧壁发生斜向碰撞后在下游对角处汇聚并形成射流，该射流在与底面、上游侧壁碰撞后形成较为复杂的涡流结构。雷诺数大小对三维顶板斜向驱动方腔流的涡流场结构形态具有重要影响。并行性能分析表明区域分解法能有效地提高三维粘性方腔流的计算速度。

关键词:三维方腔流；斜向角；有限元；区域分解；并行计算

王吉飞，万德成.三维顶板斜向驱动方腔流有限元并行计算[J].海洋工程，2015，33（2）:1-12.

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快速转向推进器推力优化分配研究

许林凯^1,2，徐海祥^1,2，李文娟²，冯辉^1,2

（1.高性能船舶技术教育部重点实验室，武汉 430063; 2. 武汉理工大学交通学院，武汉 430063）

摘要:随着船舶推进技术的不断发展，动力定位船舶将更多地使用快速转向推进器以提高其定位性能。快速转向推进器的使用将引入大角度变化率，这会造成优化分配求解域明显的非凸性，给优化问题的求解带来了挑战。针对装备快速转向推进器的动力定位船舶，运用区域外切近似法对其推力分配的非凸性问题进行了凸化，采用增广拉格朗日乘子法对控制力进行了优化分配。仿真结果表明：推荐的凸化处理方法能有效地解决推力分配的非凸问题，分配算法可以充分利用快速转向推进器的机械性能优势，寻找更优的可行解，从而显著地减少动力定位船舶的能耗，提高其定位性能。

关键词:推力分配；动力定位；凸化；快速转向推进器

许林凯，徐海祥，李文娟，冯辉. 快速转向推进器推力优化分配研究[J].海洋工程，2015，33（2）:13-20.

内孤立波作用下Spar平台动力响应特性

黄文昊¹，林忠义²，尤云祥¹

（1.上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海 200240；2.嘉兴南洋职业技术学院，嘉兴 314003)

摘要:以三类内孤立波理论(KdV、eKdV和MCC)的适用性条件为依据，采用Morison和傅汝德-克雷洛夫公式分别计算Spar平台内孤立波水平力和垂向力，结合时域有限位移运动方程，建立了有限深两层流体中内孤立波与带分段式系泊索Spar平台相互作用的理论模型。以东沙群岛某海域实测内孤立波为对象，数值分析了在内孤立波作用下某经典式Spar平台的内孤立波动态载荷、运动响应及其系泊张力的变化特性。研究表明，内孤立波不仅会对Spar平台产生突发性冲击载荷，使其产生大幅度水平漂移运动，而且还会使其系泊张力显著增大。因此，在Spar平台等深海平台的设计应用中，内孤立波的影响不可忽视。

关键词:两层流体；Spar平台；内孤立波；动力响应

黄文昊，林忠义，尤云祥. 内孤立波作用下Spar平台动力响应特性[J].海洋工程，2015，33（2）:21-31.

斜坡上波浪破碎与越浪非静压数值模拟

张娜¹，邹国良²

（1.天津城建大学 土木工程学院，天津 300384; 2.南京水利科学研究院，南京 210024）

摘要:为合理确定防浪建筑物的越浪量，基于含非静水压力梯度项的非线性浅水方程建立了近岸波浪越浪数值模型。通过采用域内造波、消波并结合波前静压假定的破碎模型，模拟了规则波和不规则波在斜坡上的波浪传播变形，并在此基础上进行了越浪量数值计算。数值计算结果与物理模型实验结果表明，非静压模型可合理地描述波浪破碎点位置、破碎后的波高、增减水以及斜坡上的堤后越浪量。数值模型具有较高的计算精度和计算效率，可为实际工程防浪建筑物越浪以及堤顶高程的设计提供一种新的数值研究手段。

关键词:非静压；海堤；波浪破碎；越浪量；数值模拟

张娜，邹国良.斜坡上波浪破碎与越浪非静压数值模拟[J].海洋工程，2015，33（2）:32-41.

波浪在珊瑚礁地形上破碎特性试验研究

柳淑学，刘宁，李金宣，方亚冰，刘思

（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:对波浪在珊瑚礁地形上的传播特性进行了物理试验研究，将珊瑚礁地形简化为坡度为1∶5的陡坡（向海坡）加较长水平礁坪段的地形，对规则波和不规则波在该地形条件下的波浪破碎及波高沿程衰减进行了研究。结果表明，波高较小时，波浪破碎发生在礁坪上，但随着入射波高的增大，破碎位置逐渐向来浪方向移动，直至在向海坡段破碎。对于在礁坪上破碎的波浪，相对水深d_b/L₀一定的条件下，破碎波高与入射波陡H₀/L₀相关，且变化趋势受相对水深d_b/L₀的影响。同时给出了该地形条件下波浪破碎指标以及礁坪段破碎后沿程波高的计算公式。

关键词:珊瑚礁地形；波浪破碎；破碎后波高衰减

柳淑学，刘宁，李金宣，方亚冰，刘思.波浪在珊瑚礁地形上破碎特性试验研究[J].海洋工程，2015，33（2）:42-49.

海水盐度对沉降泥沙固结过程影响研究

单红仙^1,2，王伟宏¹，刘晓磊¹，张少同¹，贾永刚^1,2，孙永福³

（1.中国海洋大学 环境科学与工程学院，青岛 266100； 2.中国海洋大学海洋环境与生态教育部重点实验室，青岛 266100；3.国家海洋局 第一海洋研究所，青岛 266061 ）

摘要:黄河每年输送上亿吨泥沙入海，其中80%以上沉积在河口附近水下三角洲。受黄河入海径流量、气候及海洋动力条件影响，黄河口海域海水盐度变化显著。目前，不同盐度海水环境下入海泥沙沉降形成的海床土，固结过程有何差异尚不清楚。本文在黄河水下三角洲潮坪配制不同盐度的流态沉积物，模拟不同沉积环境下新沉积土的固结过程，利用轻型贯入测试、十字板剪切测试等现场原位试验，实时观测沉积环境盐度对沉降泥沙固结过程的影响。研究发现：随着海水盐度增加，沉积物固结强度增大，沉积环境盐度每增高1‰，沉积物固结后强度可增加0.15倍；海水盐度对沉积物固结速率的影响，在初始阶段表现不明显，在沉积物固结后期，盐度每增高1‰，固结速率可增长1.23倍；海水盐度的增高，还加剧了沉积物固结强度的空间非均匀性。本研究的发现，促进了对河口区海底工程环境的认识。

关键词:入海泥沙；固结过程；盐度场；现场观测；黄河口；沉积物

单红仙，王伟宏，刘晓磊，张少同，贾永刚，孙永福.海水盐度对沉降泥沙固结过程影响研究[J].海洋工程，2015，33（2）:50-57.

河口潮汐栖息地生态恢复新技术CRT原理与应用

——以比利时Schelde河口为例

杨欢，于瑞宏，郝瑞英，郝韵，张宇瑾

（内蒙古大学 环境与资源学院，呼和浩特 010021）

摘要: CRT（Controlled Reduced Tide）技术是一种河口潮间带潮汐栖息地恢复新技术，原理是使用简单的水闸结构将已建堤坝改良，通过恢复潮汐频率实现潮汐栖息地的生态修复。与已有恢复技术相比，CRT系统易于管理，并且能使潮汐栖息地的恢复效果更接近自然潮汐状态。目前，CRT技术已在比利时Schelde河口进行试验研究，并成功地修复了潮汐沼泽的植被生态，我国尚无CRT应用实例。以比利时Schelde河口CRT系统为例，阐明该系统对潮汐频率、植物、潮汐通道、土壤重金属及动物这五个方面的修复效果及优势，其应用经验可为我国河口潮汐栖息地的生态恢复提供行之有效的技术选择。

关键词:CRT；潮汐栖息地；生态恢复；潮汐通道；植被生态；Schelde河口

杨欢，于瑞宏，郝瑞英，郝韵，张宇瑾.河口潮汐栖息地生态恢复新技术CRT原理与应用——以比利时Schelde河口为例[J].海洋工程，2015，33（2）:58-65.

水下溢油数值模拟研究

陈海波^1,2，安伟²，杨勇²，尤云祥¹，雷方辉³，赵宇鹏²，李建伟²

（1.上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海 00240；2.中海石油环保服务（天津）有限公司，天津 00452；3.中海油研究总院，北京 100027）

摘要:基于Lagrange积分法和Lagrange粒子追踪法建立了一个水下溢油数值模型。该溢油模型由两个子模型组成：羽流动力模型和对流扩散模型，其中羽流动力模型用以模拟溢油的喷发阶段和浮力羽流阶段；对流扩散模型用以模拟溢油的对流扩散阶段。通过数值实验，结合实验室水槽实验和水下溢油现场实验的观测资料进行模型验证。实验结果表明，模拟结果与观测资料一致性较好，从而验证了本文溢油模型的合理性和准确性；羽流动力模型为对流扩散模型提供源，海流、海水的垂向密度结构和油滴的直径分布是影响溢油在对流扩散阶段运动和分布的主要因素。

关键词:水下溢油；数值模拟；三阶段框架；模型验证

陈海波，安伟，杨勇，尤云祥，雷方辉，赵宇鹏，李建伟.水下溢油数值模拟研究[J].海洋工程，2015，33（2）:66-76.

混凝土联锁排应用于海底管线冲刷防护试验研究

张宗峰^1,2，丁红岩¹，刘锦昆²

(天津大学 建筑工程学院，天津 300072； 2.中石化石油工程设计有限公司，东营 257026)

摘要:海底管道冲刷防护是海管研究的热点之一，混凝土联锁排具有整体性好、易于机械化施工等优点在保滩护底工程中得到广泛应用。在易受意外荷载作用的近海冲刷区域，将“混凝土联锁排+土工布”防护型式引入海底管道冲刷防护中，针对裸露或悬空海底管线，探讨混凝土联锁块的防护机理，开展室内水槽试验，选取不同水深工况对比冲刷防护效果并验证了土工布的反滤防护作用，经过分析对比表明“混凝土连锁排+土工布”防护型式适用于海底管线的防护。

关键词:混凝土联锁排；海底管线；稳定厚度；冲刷防护；抗浮稳定

张宗峰，丁红岩，刘锦昆. 混凝土联锁排应用于海底管线冲刷防护试验研究[J].海洋工程，2015，33（2）:77-83.

正弦激励下零浮力海洋拖缆动力特性与实验研究

江龙克，张小卿，张维竞，陈 旭

（上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海 200240）

摘要:海洋地震拖缆是海洋油气资源勘探中的关键设备，为研究海洋地震拖缆的动力特性及其在不同频率正弦激励干扰下的动力响应，建立了零浮力拖缆的数学模型，设计了一套完整的实验方案，通过弹性测力机构放大张力信号以排除环境干扰，测量了不同拖曳速度与激振频率条件下拖缆首部的张力变化及缆上位移响应情况，初步分析了正弦激励作用下零浮力拖缆的动力学响应。弹性测力机构具有良好的线性度与可重复性，拖缆受到的水阻力与拖曳速度的平方成正比，数值计算与实验结果对比验证了数学模型的正确性，初步分析了正弦激励作用下零浮力拖缆的动力学响应。

关键词:勘探拖缆；正弦激励；零浮力缆；实验研究

江龙克，张小卿，张维竞，陈 旭.正弦激励下零浮力海洋拖缆动力特性与实验研究[J].海洋工程，2015，33（2）:84-88.

海底裸置与埋置管线自沉过程对比研究

唐丕鑫¹，杨树耕¹，宋艾恒²，刘晓峰¹，徐蒙¹，王晗¹

（1.天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300072； 2.上海外高桥造船海洋工程有限公司，上海 200306）

摘要:海底管线是海洋油气输运系统的重要组成成分，其稳定性和安全性尤为重要。通过有限元软件ABAQUS，应用MohrCoulomb模型，模拟海底裸置与埋置管线自沉过程。通过平衡初始地应力，设置管土接触，考虑重力和浮力作用，进行土体固结分析，计算裸置与埋置管线的土体与管线竖直位移，并进行管线悬跨研究。计算结果显示，对于裸置管线，参数的改变使土体更容易发生塑性屈服，土体的竖直位移量更大；对于埋置管线，当管线埋深较浅、管线上方土体重量不大时，参数的改变使管线平均密度与周围土体密度相差越大土体越容易发生塑性屈服，土体的竖直位移量越大。当管线悬空时，悬跨长度过大易使管线两端支撑土体被压溃，管线易产生大变形而失稳，因此在管线安装与维护过程中，一定要采取措施降低悬跨长度，保证管线运营安全。关键词:海底管线；ABAQUS；自沉过程；竖直位移；悬跨；海洋油气；输运系统

唐丕鑫 杨树耕，宋艾恒，刘晓峰，徐蒙，王晗. 海底裸置与埋置管线自沉过程对比研究[J].海洋工程，2015，33（2）:89-96.

强台风下导管架平台倒塌全过程数值仿真

朱本瑞，陈国明，林红，刘红兵，黄超

（中国石油大学 海洋油气装备与安全技术研究中心，青岛 266580）

摘要:针对强台风引起的平台倒塌问题，综合隐式有限元与显式动力有限元算法，建立导管架平台结构倒塌全过程仿真流程；提出基于重现期的Pushover分析方法，充分考虑平台侧向环境载荷分布的变化以及可能的甲板上浪载荷因素，使得确定的倒塌环境载荷更加真实；采用APDL编制平台隐式与显式有限元模型转化程序，有效解决波浪载荷计算与精确施加的难题；在此基础上，应用LS-DYNA实现导管架平台在强台风载荷下的倒塌全过程仿真，动态再现平台结构倒塌过程中的构件破坏失效及内力分布，深入揭示平台结构的倒塌机理。研究成果可为导管架平台结构抗台风设计及理论研究提供参考。

关键词:台风；导管架平台；甲板上浪；极限状态；倒塌机理；LS-DYNA；数值仿真

朱本瑞，陈国明，林红，刘红兵，黄超.强台风下导管架平台倒塌全过程数值仿真[J].海洋工程，2015，33（2）:97-104.

气流喷射模拟海上浮式风电结构风机载荷实验技术初探

杨永春¹，刘坤宁²，李响亮¹，魏翔宇¹，潘科仲¹

 (1.中国海洋大学 工程学院，青岛 266100；2.中诚国际海洋工程勘察设计有限公司，青岛 266000)

摘要:随着海上风电技术的快速发展，海上风电逐渐由浅海走向深海，海上风电基础结构型式将逐渐由固定式发展到漂浮式。在浮式风电结构的模型实验中，风机载荷的模拟是保证实验效果的重要因素。针对浮式风电结构模型实验中风机载荷的模拟问题，提出了一种新型的基于气流喷射、利用气流反作用力模拟风机载荷的实验方法并进行了初步验证。通过标定得到气流控制信号与反作用力的关系，将数值模拟得到的原型风机载荷时程转换为相应的控制信号，同时针对实验装置对气流变化的响应特性，对控制信号进行频域和时域修正，驱动气流喷射以模拟风机作用力和力矩。经过实验验证，载荷模拟装置产生的载荷在时域和频域上都能与模型实验所需风机载荷保持较好的一致性，证明该方法可行。

关键词:绿色能源；浮式风电；模型实验；气流喷射；载荷模拟

杨永春，刘坤宁，李响亮，魏翔宇，潘科仲.气流喷射模拟海上浮式风电结构风机载荷实验技术初探[J].海洋工程，2015，33（2）:105-109.

深水S型铺管中残余变形对屈曲压力的影响

谢鹏，岳前进，赵岩，吴新伟

（大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室，大连 116023）

摘要:随着S型海管铺设逐步走向深水，管道在铺设过程中承受的荷载增加，发生一定程度的塑性变形。本文讨论S型铺设引起的残余塑性变形对管道屈曲承载能力的影响。首先基于壳单元建立“管道托辊”相互作用的局部有限元模型，分析了管道在铺设过程中的受力状态，获得了管道的残余塑性变形。然后以该残余变形作为管道非线性屈曲分析的初始缺陷，基于改进的RIKS方法计算了管道的临界屈曲压力。研究结果表明，铺设残余塑性变形在一定程度上削弱管道的承载能力，在深水铺设中应予以考虑。

关键词: S型铺管法；管道；有限元分析；塑性变形；屈曲

谢鹏，岳前进，赵岩，吴新伟.深水S型铺管中残余变形对屈曲压力的影响[J].海洋工程，2015，33（2）:110-115.

平台场址硬壳层处理方法初探

——以南海番禺某油田为例

刘宾¹，张振波¹，罗进华²，蒋卫焱²，周杨锐²

（1.中海石油（中国）有限公司 深圳分公司，深圳 518067；2.中海油田服务股份有限公司，天津 300451）

摘要:在南海番禺某存在硬壳层的平台场址内，使用工作级ROV搭载多波束测深系统、浅地层剖面仪和侧扫声纳等设备进行高精度工程物探调查，为钻孔作业提供可靠信息；使用动力定位船及其钻井设备装载大钻头直接钻松浅表砂层（硬壳层），使用ROV在水下为钻杆精确定位，最终消除硬壳层对钻井平台插桩造成的穿刺威胁。

关键词:硬壳层；钻孔；插桩；穿刺；ROV搭载

刘宾，张振波，罗进华，蒋卫焱，周杨锐.平台场址硬壳层处理方法初探——以南海番禺某油田为例[J].海洋工程，2015，33（2）:116-121.

波浪概率模型试验方法研究

左其华^1,2，琚烈红¹

（1. 南京水利科学研究院，南京 210029; 2. 浙江大学 海洋学院，杭州 310058）

摘要:目前常用的确定性模型试验不能满足海岸工程结构可靠度设计的要求。针对设计波高、周期、作用方向和水位四个水动力因素的不确定性，提出了波浪概率模型试验及其分析方法，供实验室物理和数学模型实验应用。

关键词:波浪概率模型；设计方法；不确定性；海岸工程

左其华，琚烈红.波浪概率模型试验方法研究[J].海洋工程，2015，33（2）:122-126.