2018年2月第1期（第36卷）
(双月刊)
目次
深海刚性跨接管弯管强度关键影响因素研究……………………………余建星，蔡晓雄，余杨，徐立新，薛陆丰，冯鑫欣（1）
软刚臂上铰节点疲劳失效分析和现场监测方案设计……………………………李文远，吕柏呈，武文华，金锋，王延林，岳前进（9）
新型浮式基础的海上风机系统动力响应研究……………………………刘利琴，韩袁昭，肖昌水，袁瑞（19）
基于致动线模型的错列式两风机尾流场数值模拟……………………………艾 勇，程 萍，万德成（27）
海岸破波带内悬沙空间分布试验研究和解析表达式……………………………张洋，邹志利，孙大鹏，薛武山（37）
双浮箱式浮式防波堤消浪性能试验研究……………………………沈雨生，潘军宁，周益人，王兴刚（47）
波浪辐射应力对海流模式影响的数值分析……………………………齐鹏，陈新平（55）
南黄海辐射沙洲近岸海域波浪特性研究……………………………冯曦，易风，曹海锦，杨斌（62）
唐山港京唐港区泥沙运动特征与海岸性质界定……………………………季则舟，孙林云，肖立敏（74）
火灾中集装箱船剩余极限强度研究……………………………付丹文，王德禹（83）
齿形滑环组合密封的摩擦力矩计算……………………………陈家旺，郦炳杰，杨俊毅，郑旻辉（91）
海洋环境中温湿度变化对混凝土氯离子传输研究……………………………赵蕊，金祖权，曹杰荣，杜丰音，康悦（99）
短文深水铺管船托管架疲劳分析及动态监测点选取研究……………………………闫宏生，王哲，王晓波，陈永訢，孟祥伟（107）
轴向受压矩形开孔板极限强度近似计算……………………………昝森，王德禹（114）
实际尺寸膨胀式自应力灌浆卡箍承载性能测试……………………………石湘，马越，张洪珲，周雷，张传杰（122）
基于连岛沙坝原理设计的海滩排水管头地貌稳定性研究……………………………董标，蔡锋，金保明，刘建辉，雷刚（128）
时变水声信道中基于BEM的迭代信道估计技术……………………………何秋银，王世练，张炜，许涛（138）
《海洋工程》第三届理事会…………………………（145）
2018 Vol.36 No. 1
CONTENTS
Study on the key factors influencing the strength of bend tube of subsea rigid jumper…………………………YU Jianxing, CAI Xiaoxiong, YU Yang, XU Lixin, XUE Lufeng, FENG Xinxin（1）
Fatigue failure analysis and prototype monitoring scheme design of upper hinge joint of soft YOKE mooring system…………………………LI Wenyuan, LYU Baicheng, WU Wenhua, JIN Feng, WANG Yanlin, YUE Qianjin（9）
Research on dynamic response of offshore wind turbine system based on new semisubmersiblespar hybrid floating foundation…………………………LIU Liqin, HAN Yuanzhao, XIAO Changshui, YUAN Rui（19）
Numerical simulation of wake interaction between two offsetline model wind turbines based on actuator line model…………………………AI Yong, CHENG Ping, WAN Decheng（27）
Experimental study and analytic expressions for spatial distribution of suspended sediment concentration in surf zone…………………………ZHANG Yang, ZOU Zhili, SUN Dapeng, XUE Wushan（37）
Experimental study on wave attenuation performance of twinpontoon floating breakwater…………………………SHEN Yusheng, PAN Junning, ZHOU Yiren, WANG Xinggang（47）
A preliminary numerical experiment on effect of waveinduced radiation stress on ocean current model…………………………QI Peng, CHEN Xinping（55）
An observational study on wave characteristics at the Jiangsu Radial Sand Ridges in the South Yellow Sea of China…………………………FENG Xi, YI Feng, CAO Haijin, YANG Bin（62）
The definition of Jingtang port sediment movement characteristics and the nature of the coast…………………………JI Zezhou, SUN Linyun, XIAO Limin（74）
Study on residual ultimate strength of container ship in fire…………………………FU Danwen, WANG Deyu（83）
Friction torque calculation of tooth shape combined slip ring…………………………CHEN Jiawang, LI Bingjie, YANG Junyi, ZHENG Minghui（91）
Numercial simulation of chloride ions transportation considering temperature and humidity in marine environment…………………………ZHAO Rui, JIN Zuquan, CAO Jierong, DU Fengyin, KANG Yue（99）
NOTES
Selection of real time monitoring points for stinger based on fatigue analysis of working condition…………………………YAN Hongsheng, WANG Zhe, WANG Xiaobo, CHEN Yongxin, MENG Xiangwei（107）
Simplified ultimate strength calculating method of perforated rectangular plates under axial compressive loads…………………………ZAN Sen, WANG Deyu（114）
Tests on capacity properties of the realsize expansive stressed grouted clamp…………………………SHI Xiang, MA Yue, ZHANG Honghui, ZHOU Lei, ZHANG Chuanjie（122）
Study on the beach morphological stability near the coastal drainpipe tips design based on the theory of tombolo…………………………DONG Biao, CAI Feng, JIN Baoming, LIU Jianhui， LEI Gang（128）
Iterative channel estimation based on BEM in timevarying underwater acoustic channels…………………………HE Qiuyin, WANG Shilian, ZHANG Wei, XU Tao（138）
深海刚性跨接管弯管强度关键影响因素研究
余建星1, 2，蔡晓雄1, 2，余杨1, 2，徐立新1, 2，薛陆丰1, 2，冯鑫欣1, 2
（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. 高新船舶与深海开发装备协同创新中心，上海 200240）
摘要:深海刚性跨接管是水下生产系统的关键设备，其弯管处易因应力集中导致结构失效。依照理论与规范，并结合工程实例，通过数值模拟分析对影响跨接管弯管强度的关键因素进行研究，并对各影响因素展开敏感性分析。结果表明：跨接管结构形式是影响弯管强度的主要设计因素（M型跨接管可有效降低弯管的结构应力），弯管曲率半径影响较小；管道端部位移是影响弯管强度的主要载荷因素（重点分析此因素在不同方向的敏感性，发现轴向端部位移的影响最大）；而工作温度对管道强度的影响很小。
关键词:刚性跨接管；弯管强度；结构形式；端部位移；敏感性分析
软刚臂上铰节点疲劳失效分析和现场监测方案设计
李文远1，吕柏呈1，武文华1，金锋1，王延林2，岳前进1,2
（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 116024; 2. 大连理工大学 海洋与科学技术学院，辽宁 盘锦 124221）
摘要:海洋环境荷载非平稳性、时变性等特点为海洋工程结构设计带来挑战。海洋工程结构设计的不准确性可导致其真实服役时间低于自身设计寿命。针对塔架软刚臂系泊系统上铰节点服役过程中出现的疲劳磨损问题，发展出一种基于原型监测技术的铰节点疲劳寿命实时预估方法。通过开展有限元模拟，建立系泊腿在指定摆动角度下摩擦系数和热点区域应力分布的对应关系，提出了软刚臂上铰节点的原型监测方案。结合不同摩擦系数对铰节点接触面损伤行为的影响，提出了软刚臂主铰结构疲劳寿命计算评估方法，能够实现铰节点疲劳的完整性分析。
关键词:软刚臂系泊系统；铰节点；疲劳寿命评估；原型监测；有限元方法
新型浮式基础的海上风机系统动力响应研究
刘利琴1, 2，韩袁昭1, 2，肖昌水1, 2，袁瑞1, 2
（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. 天津大学 建筑工程学院，天津 300072）
摘要:概念性地设计了一种新型半潜—Spar 混合浮式基础，以5 MW水平轴风机为例，研究了该新型浮式基础支撑的浮式风力机系统的动力响应。基于三维势流理论和 Morison 公式，应用SESAM 软件建立浮式基础模型，在频域内计算了该浮式基础的水动力参数和响应算子，分析了浮式基础的运动性能。考虑叶片气动载荷和浮式基础波浪载荷，应用FAST 软件对风机—浮式基础系统进行时域计算，分析风力机系统的运动性能。结果显示，该浮式基础运动幅值较小，具有良好的运动性能。
关键词:海上风机；新型混合浮式基础；动力响应；系泊系统；波浪载荷
基于致动线模型的错列式两风机尾流场数值模拟
艾勇，程萍，万德成
(上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院 海洋工程国家重点实验室 高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海 200240)
摘要:风电场中风机之间存在十分复杂尾流相互干扰现象，尾流相互干扰效应对风机的功率输出、叶片载荷等产生十分显著的影响。采用致动线模型以及计算流体力学方法，研究两风机之间的复杂尾流干扰效应。在保持两风机纵向间距一样的情况下，考虑两风机在不同横向间距下，数值模拟两风机的部分尾流相互干扰现象，分析两风机的气动功率输出特性、尾流速度变化特性、风轮平面附近轴向诱导因子分布特性，尾涡结构以及尾流干扰效应。数值模拟结果表明：在上下游风机在沿着流向方向距离保持不变的情况下，随着横向间距的变化，上下游风机的尾流存在十分复杂的尾流相互干扰效应，对下游风机的气动功率输出以及两风机风电场的整体流场产生了显著的影响。
关键词:风电场；致动线模型；气动功率；尾流干扰效应
海岸破波带内悬沙空间分布试验研究和解析表达式
张洋，邹志利，孙大鹏，薛武山
（大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁 大连 116024）
摘要:关于海岸破波带内悬沙浓度水平和垂向分布的研究对于计算海岸输沙率和地形演变具有重要意义。本研究进行了规则波、波群和不规则波三种波浪情况破波带内悬沙浓度的水平和垂向分布的试验测量。试验在大尺度波浪水槽进行，接近实际海岸波况尺度。给出了破波带内多断面悬沙垂向分布的细致测量结果，并以此为基础给出了预报实际海岸破波带内悬沙浓度水平和垂向分布解析表达式，讨论了形成这些分布的物理原因和不同波况、不同破波带区域对分布的影响。
关键词:沙坝；波浪形态；悬沙浓度；破波带；载沙量
双浮箱式浮式防波堤消浪性能试验研究
沈雨生，潘军宁，周益人，王兴刚
（南京水利科学研究院 港口航道泥沙工程交通行业重点实验室，江苏 南京 210024）
摘要:浮式防波堤在港口海岸工程、近海工程、海洋工程和水产养殖等诸多领域有广阔的应用前景。与单浮箱式浮式防波堤相比，多浮箱式浮式防波堤可提高其消浪性能。对双浮箱式浮式防波堤进行了二维波浪物理模型试验，分析了浮箱宽度、前后浮箱连接方式、前后浮箱间距以及浮箱入水深度等因素对浮式防波堤消浪性能的影响。研究结果表明：对于单浮箱式浮式防波堤，试验范围内浮箱宽度增大一倍后消浪效果改善并不相对明显；前后浮箱刚性连接的双浮箱式浮堤的波浪透射系数均小于前后浮箱自由的双浮箱式浮堤和相同浮箱宽度的单浮箱式浮堤，浮堤消浪性能提高；由于前后浮箱相对间距太大时前后浮箱的相互作用减弱，浮堤的波浪反射系数变小，而不同前后浮箱相对间距的波能损耗系数整体上差别较小，双浮箱式浮堤的波浪透射系数整体上随着前后浮箱相对间距D/2B的增大先减小然后变大，在相对间距D/2B为1.0~1.5时双浮箱式浮堤的波浪透射系数相比最小；不同波高和波浪周期下，浮堤的波浪透射系数均随着浮箱相对入水深度的增大而减小。
关键词:双浮箱；浮箱宽度；连接方式；相对间距；相对入水深度；消浪性能；浮式防堤波
波浪辐射应力对海流模式影响的数值分析
齐鹏1，陈新平2
（1. 中国科学院海洋研究所，山东 青岛 266071; 2. 国家海洋局海洋减灾中心，北京 100194）
摘要:将波浪辐射应力，特别是地转意义下的波浪辐射应力引入海流数值模式POM(princeton ocean model)，在渤海海域进行了初步的数值研究。在目前的数值分析中仅考虑了波浪辐射应力的横向分量（也是最重要的分量）。在POM模式中引入非地转和地转意义下的波浪辐射应力两种方案，并与原模式直接运行（即不考虑波浪辐射应力）的结果进行比较。比较显示，波浪辐射应力，特别是地转意义下的波浪辐射应力对海流模式结果的影响不容忽略。在海浪场存在的条件下，由风应力和地转意义下浪致作用力共同作用产生的海流强度应比理论上Ekman漂流的强度大，尤其是在浪致作用力显著的表层，表层流将明显增强，且不会完全符合Ekman漂流理论的转向规律。
关键词:波浪辐射应力；海流模式；数值预报；渤海；风应力；地转作用；海流强度
南黄海辐射沙洲近岸海域波浪特性研究
冯曦1，易风1，曹海锦1，杨斌2
（1. 河海大学 港口海岸与近海工程学院，江苏 南京 210098; 2. 国家海洋局第二海洋研究所，浙江 杭州 310012）
摘要:利用江苏省南黄海辐射沙洲两翼的实测波浪资料，研究南黄海辐射沙洲地区的波参数分布特征和波谱特性，得出了特征波要数、波谱参数及波要素之间的转换关系式。研究结果表明南黄海辐射沙洲近岸海域的波浪特性受天气、水深和地形因素的多重影响。总体而言，江苏辐射沙洲海域波浪变化范围及其均值差异不大，特别是位于近岸的蛎蚜山测站由于受到水深的制约和沙脊的庇护，该区域波参数、谱参数的变化范围和均值均小于水深相对较深的大丰测站和冷加沙测站。在台风期和寒潮期内，除了波向以外，各个测站的波要素季节性差异均较小。波向在辐射沙洲北翼海域以偏北向为主，在南翼海域则以东南向和西北向为主。大浪过程主要与台风期和寒潮期的极端天气相关。波面特性及其波谱分析表明，波谱参数与水深、离岸距离相关性强。分析发现本海域南翼以单峰谱为主，北翼沿海海域波浪在寒潮期主要为涌浪和风浪组成的混合浪，在波谱形式上表现为双峰谱。
关键词:辐射沙洲；波浪特性；波参数；波浪谱
唐山港京唐港区泥沙运动特征与海岸性质界定
季则舟1, 2，孙林云3，肖立敏3
（1. 天津大学 建筑工程学院，天津 300072; 2. 中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津 300222; 3.南京水利科学研究院，江苏 南京 210024）
摘要:海岸性质的界定，是港口航道减淤措施合理布置的关键。通过地形资料和现场测量资料对京唐港区的水下地形地貌特征、泥沙特性以及沿岸输沙特点等进行了分析研究。研究结果表明，京唐港区泥沙中值粒径大于0.06 mm、沉积物中黏土含量小于15%、岸滩坡度通常大于1/1 000；泥沙运动具有沿岸泥沙运动特征，但与沙质海岸又有所不同，存在复合沿岸输沙，尤其在风暴潮期间，大浪产生的破波沿岸流与风暴潮潮流叠加，产生更为强烈的沿岸输沙能力。在粉沙质海岸定义基础上，将京唐港区海岸界定为细沙粉沙质海岸。在京唐港区航道防波挡沙堤布置上考虑复合沿岸输沙，取得良好效果。
关键词:细沙粉沙质海岸；京唐港区；泥沙运动特性；复合沿岸输沙率
火灾中集装箱船剩余极限强度研究
付丹文1, 2，王德禹1, 2
(1. 上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，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:采用ISO规定的火灾的标准温度—时间曲线建立船体结构的火灾模型。基于能量守恒原理建立热传导微分方程，计算热传导、对流和辐射对结构温度分布的影响。考虑火灾发生位置的差异性，分析得到着火区域的温度场。根据高温下钢材的力学性能，针对火灾发生位置的不同，利用非线性有限元方法，分析火灾对集装箱船剩余弯曲极限强度（中拱、中垂）的影响。结果表明，集装箱船不同位置发生火灾时，对船体结构极限强度的影响具有显著差异。船舱某一位置发生火灾时，对船体梁中拱和中垂极限强度的影响也分别不同。对集装箱船火灾的瞬态分析结果表明，火灾对船体梁极限强度的衰减作用主要发生在火灾发展过程中的前期，船体梁极限强度的衰减速度随火灾发展的时间逐渐减慢。
关键词:船体结构；火灾；温度场；剩余极限强度；垂向弯矩
齿形滑环组合密封的摩擦力矩计算
陈家旺1，郦炳杰1，杨俊毅2，郑旻辉3
（1. 浙江大学 海洋学院，浙江 舟山 316021; 2. 杭州电子科技大学 海洋工程研究中心，浙江 杭州 310018; 3. 国家海洋局第二海洋研究所，浙江 杭州 310012）
摘 要:利用ABAQUS有限元软件对齿形滑环组合密封件进行建模仿真，采用网格重划技术保证仿真结果收敛，得到不同介质压力下的动密封接触面的压力分布曲线，并且进行二次多项式拟合计算得到齿形滑环组合密封的摩擦力矩理论计算值。通过搭建动密封测试平台，实际测试不同介质压力下齿形滑环组合密封的密封效果，并且得到摩擦力矩的实验值，结果摩擦力矩理论值和实验值基本吻合。结果表明：齿形滑环组合密封效果良好，摩擦力矩的理论计算基本正确，该密封的摩擦力矩与介质压力之间基本呈线性关系。
关键词:齿形滑环组合密封；摩擦力矩；ABAQUS；动密封
海洋环境中温湿度变化对混凝土氯离子传输研究
赵蕊，金祖权，曹杰荣，杜丰音，康悦
（青岛理工大学 土木工程学院，山东 青岛 266033）
摘要:氯离子渗透到混凝土内部诱发钢筋锈蚀是海洋钢筋混凝土面临的耐久性关键问题。构建考虑骨料、浆体集料界面区的混凝土模型，建立了环境温度、湿度影响的氯离子传输模型，基于COMSOL数值模拟软件分析了材料、环境对混凝土氯离子传输的影响规律，并通过试验进行了验证。结果表明：模拟结果和试验数据具有较高的吻合度；随着温度的升高，氯离子扩散加快，而混凝土中氯离子的渗透深度随着内部湿度的增大而呈现减小趋势。混凝土中高致密骨料存在阻碍了氯离子传输，但界面区存在使得氯离子沿界面区传输并在骨料背后形成传输前锋。
关键词:混凝土；氯离子；温湿度；数值模拟
深水铺管船托管架疲劳分析及动态监测点选取研究
闫宏生1, 2，王哲1, 2，王晓波3，陈永訢3，孟祥伟3
（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. 高新船舶与深海开发装备协同创新中心，上海 200240; 3. 海洋石油工程股份有限公司，天津 300461 ）
摘要:作为S型铺管作业的关键性装备，托管架长期承受着交变载荷的作用，随着海洋开发向超深水发展，结构疲劳破坏问题不容忽视。采用疲劳谱分析的方法并结合线性累积损伤理论，对托管架结构频域下的变形进行了分析，计算了正常海况下和极端海况下托管架疲劳损伤度并对疲劳寿命进行了评估。研究发现托管架在正常海况下作业符合安全要求，在极端海况下局部结构会受到破坏。并从托管架结构安全监测角度，筛选了结构疲劳分析关键点位，为监测点位的选取提供了依据。
关键词:深水铺管；托管架；累积损伤；疲劳分析
轴向受压矩形开孔板极限强度近似计算
昝森1, 2，王德禹1, 2
（1. 上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，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:针对受均匀轴向压力的矩形开孔板剩余极限强度的问题，考虑矩形板中间开圆孔和腰圆孔两种典型形状，四种边界条件下，以板的柔度系数、开孔率为主要影响参数通过大量非线性有限元数值计算分析，采用一种新的拟合方式提出了矩形开孔板轴向受压剩余极限强度的简化计算公式，新经验公式能够很好地反映开孔所导致板极限强度的衰减趋势。将所提出的经验公式计算结果分别与相应的试验结果、非线性有限元计算结果及其他经验公式计算结果进行对比分析。结果表明所提出的经验公式相比已有的经验公式计算更为准确，适用范围更广，可以用来预报不同边界条件下轴向均匀受压开孔矩形板的极限强度。
关键词:极限强度；开孔板；开孔形状；边界条件；柔度系数；矩形板
实际尺寸膨胀式自应力灌浆卡箍承载性能测试
石湘1，马越1，张洪珲1，周雷2，张传杰2
（1. 中国海洋大学 工程学院，山东 青岛 266100; 2. 海洋石油工程股份有限公司设计公司，天津 300452）
摘要:以中试研究的试验结果为基础，介绍了实际尺寸膨胀式自应力灌浆卡箍承载性能的测试情况。通过2个鞍板壁厚不同模型的膨胀压力和滑动应力的试验测试，表明实际尺寸样机承载性能的测试结果与小尺寸模型试验基本一致，15%膨胀剂掺量下的卡箍膨胀压力均超过1.8 MPa、滑动应力均超过2.5 MPa，实际尺寸卡箍样机仍然具有较高的承载性能，并且海试卡箍的滑动应力为2.56 MPa，达到了模型试验的水平。
关键词:维修加固；膨胀式自应力灌浆卡箍；实际尺寸；膨胀压力；滑动应力
基于连岛沙坝原理设计的海滩排水管头地貌稳定性研究
董标1, 2，蔡锋1，金保明12，刘建辉1，雷刚3
（1. 国家海洋局海岛研究中心，福建 平潭 350400; 2. 福州大学 土木工程学院，福建 福州 350116; 3. 国家海洋局第三海洋研究所，福建 厦门 361005）
摘要:海滩排水管建设对海滩环境影响较大。以厦门会展中心连岛沙坝式排水管头工程影响海滩演变为例，研究连岛沙坝式海滩排水管头对海滩地形稳定性和沉积的影响。1）通过对研究区连岛沙坝式管头附近海滩10条剖面进行分析，研究管头附近海滩滩肩宽度、滩面坡度和单宽留存沙量等剖面形态变化特征。测量数据分析表明，无管头保护滩面高程降低，滩面坡度总体变陡，滩肩蚀退严重；受管头保护滩面高程上升，坡度变缓，滩肩宽度略有减小，剖面单宽沙量留存比例大于1。2）2012-2016年多期岸线及管头边界线变化结果表明，工程施工后，排水管身始终被沙体覆盖，一年后部分管头被沙体覆盖，最终管头被覆盖率稳定在70%以上。3）会展管头附近海滩潮上带和高潮带沉积物自北向南运移，低潮带则相反；潮上带和中潮带上部沉积物从管头所在“连岛沙坝”向两侧海滩输移，而低潮带和中潮带下部输移方向相反。沉积物粒径由岸向海逐渐变粗，越靠近管头，沉积物粒径呈变细趋势。最后讨论了引起管头局部海滩地形地貌变化的主要因素。
关键词:连岛沙坝式管头；海滩演变；稳定性；厦门会展中心
时变水声信道中基于BEM的迭代信道估计技术
何秋银1，王世练1，张炜1，许涛2
（1. 国防科学技术大学 电子科学与工程学院，湖南 长沙 410005; 2. 陆军航空兵军事代表局某军事代表室，天津 300000）
摘要:水声信道的多径时延扩展和时变特性对信道估计和均衡技术的研究带来了很大的挑战，同时也决定了水声信道是一种时频双扩展信道，提出一种水声OFDM通信系统中基于软信息的迭代信道估计技术，利用基于复指数基扩展模型（CE-BEM）进行信道估计。OFDM系统本身可以消除由于多径引起的符号间干扰（ISI）。基于导频的BEM信道估计，可以实现对时变信道的估计，结合基于软信息迭代的迭代均衡模块，将每次迭代生成的符号软判决信息作为辅助导频用于信道估计。同时，为了防止由于信道时变引起的信道子载波间干扰（ICI）对导频符号的影响，采用基于保护间隔的导频插入法插入导频。仿真结果显示基于BEM的软信息迭代信道估计性能较非迭代信道估计时明显提升。
关键词:水声通信；正交频分复用；基扩展模型；迭代信道估计
