波浪作用下刚性框架浮体及其锚绳运动数值模拟精度分析

桂福坤，左  孝，潘  昀，冯德军，张  健

（浙江海洋大学 国家海洋设施养殖工程技术研究中心，浙江 舟山  316022）

摘要:由小尺度刚性杆件构成的复杂结构近年来多用于海洋平台建设和海洋监测浮标制作以及海洋增养殖人工浮鱼礁的设计。采用有限单元法和集中质量点法建立波浪作用下刚性框架浮体及其锚绳运动数值模型，探讨空间单元划分、时间离散步长、数据保存格式对刚性框架浮体和柔性锚绳运动模拟精度的影响，分别给出此三者之间的匹配关系。研究结果表明：框架浮体的单元划分可依据是否出水给定，单元的划分比建议取0.05；锚绳的单元划分与其上端连接的浮体浮力有关，当锚绳的拉力主要由上端浮体浮力产生时锚绳单元的划分影响较小，当锚绳的拉力主要由波浪力产生时锚绳单元的划分比建议取0.02；空间单元划分与时间离散步长存在匹配关系，通过减小时间步长来追求数值模拟精度时必须同时考虑保存运动物理量截断误差的影响。

关键词:刚性浮体；锚绳运动；波浪作用；截断误差；单元划分比；时间步长

桂福坤，左孝，潘昀，冯德军，张健. 波浪作用下刚性框架浮体及其锚绳运动数值模拟精度分析[J].海洋工程,2018,36(4):1-10.

多模块超大型浮体中连接器刚度对其运动响应的影响

王永恒，汪学锋，徐胜文，丁爱兵

(上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海  200240)

摘要:多模块超大型浮体一般由连接器连接，实现海上浮动机场等功能。实际操作中，为约束超大型浮体模块之间的相对运动，连接器通常将承受非常巨大的载荷，给连接器的制造带来巨大的困难。通过对不同环境力情况下不同刚度连接器的研究，分析了连接器刚度对超大型浮体模块之间相对运动与连接器自身承受载荷的影响。研究发现，随着柔性连接器刚度的增加，连接器对超大浮体模块之间相对运动的约束逐渐增强，同时连接器也将承受更大的载荷；此外，较大的连接器刚度，并不利于抵抗模块之间的冲击载荷；最后，连接器刚度的改变会影响其固有振动频率，因此需要尽可能避开共振区域，否则系统容易出现较大的振动，导致模块间相对运动过大，连接器过载。研究结果确定了连接器刚度最佳匹配原则，以指导连接器的工程设计。

关键词:超大型浮体；柔性连接器；轴向刚度；RMFC模型；运动响应

王永恒，汪学锋，徐胜文，丁爱兵. 多模块超大型浮体中连接器刚度对其运动响应的影响[J].海洋工程,2018,36(4):11-18.

基于MADM的自升式钻井平台主尺度方案优化

吕  涛¹，陈国明¹，徐长航¹，孙宝锋¹，张  楠¹，蒙占斌²

(1. 中国石油大学(华东) 海洋油气装备与安全技术研究中心, 山东 青岛  266580; 2. 胜利油田钻井工艺研究院, 山东 东营  257017)

摘要:针对不同评价指标对决策结果影响权重多样性的问题，建立多属性决策模型对平台主尺度方案进行优化决策。基于自升式平台主体设计参数数据库，采用BP人工神经网络建立平台主尺寸关键参数多变量预测模型，在此基础上开展主尺度方案正交优化设计。将桩腿屈服强度、屈曲稳性、整体抗倾稳性作为平台安全适用性评估准则，进一步运用多属性决策理论，建立基于信息熵的自升式平台主尺度方案决策方法。研究结果表明，BP人工神经网络预测模型具有较高的预测精度；多属性决策模型可以将平台结构安全适用性定量评估引入方案决策过程中，而且综合考虑了不同评价指标对平台主尺度设计方案的影响程度及敏感性；最终，对SD400自升式平台主尺度进行优化决策，验证了该方法的工程适用性。

关键词:自升式平台；主尺度方案；预测模型；安全评估指标；多属性决策

吕涛，陈国明，徐长航，孙宝锋，张楠，蒙占斌. 基于MADM的自升式钻井平台主尺度方案优化[J].海洋工程,2018,36(4):19-27.

半潜式平台内孤立波载荷计算方法及其试验验证

陈  晨^1,2，尤云祥^1,2，陈  科^1,2

(1. 上海交通大学 海洋工程国家重点试验室，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:针对半潜式平台的立柱群和沉箱群，设计了两套独立的载荷测量系统，利用大型重力式密度分层水槽，在不同来波方向下对孤立波中半潜式平台载荷进行了系列模型试验。研究表明，对平台立柱部分,其内孤立波载荷可以用Morison公式进行计算，基于试验结果建立了Morison公式中其拖曳力系数以及惯性力系数的经验公式；对于半潜式平台的沉箱部分，当来波方向与其中纵剖面不平行时，其水平内孤立波载荷同样可以使用Morison公式进行计算，并建立了Morison公式中其拖曳力系数以及惯性力系数的经验公式；当来波方向与半潜式平台中纵剖面平行时，沉箱群的水平内孤立波载荷可以采用Froude Krylov公式进行计算；同时，在不同来波方向下沉箱群的垂向载荷同样可以采用Froude Krylov公式进行计算。

关键词:两层流体；半潜平台；内孤立波；Morison公式；Froude Krylov公式；拖拽力系数；惯性力系数

陈晨，尤云祥，陈科. 半潜式平台内孤立波载荷计算方法及其试验验证[J].海洋工程,2018,36(4):28-38.

风浪流中涡激共振对Spar型浮式风机运动响应的影响

翟佳伟^1,2，唐友刚^1,2，李  焱^1,2，曲晓奇^1,2，张若瑜^1,2

(1. 天津大学 建筑工程学院，天津  300072; 2. 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:以Spar型浮式风机为研究对象，研究涡激力对于浮式风机系统运动的影响。对多体动力学软件FAST进行二次开发，加入涡激力的计算接口，实现了在平台涡激、波激、空气动力载荷及系泊联合作用下的Spar浮式风机系统的运动响应的计算。计算了在风、浪、流联合作用下，频率锁定现象发生时，Spar基础的运动响应，分析了风浪下Spar风机运动响应的涡激运动特性，并研究了不同的入流角度的影响。结果表明：考虑涡激力后，Spar基础的横荡运动明显增大；风浪流同向时，风浪的存在会抑制流载荷引起的横荡在涡泄频率的运动；在流与风浪垂直时，会激发Spar基础的更大的纵荡运动响应。

关键词: Spar型浮式风机；运动特性；涡激力；空气动力；频率锁定

翟佳伟，唐友刚，李焱，曲晓奇，张若瑜. 风浪流中涡激共振对Spar型浮式风机运动响应的影响[J].海洋工程,2018,36(4):39-49.

不同固有频率比条件下圆柱双自由度涡激振动特性的数值研究

翟云贺，康  庄，宋儒鑫，孙丽萍

（哈尔滨工程大学 船舶工程学院，黑龙江 哈尔滨  150001）

摘要:采用RANS方法，结合SST k-ω湍流模型，对不同顺流向与横顺流向固有频率的比值(即固有频率比，f_nx/f_ny）条件下低质量比圆柱体的双自由度涡激振动进行了二维数值模拟。圆柱体的质量比为2.6，雷诺数范围为2 500~18 750，相应的约化速度范围为2~15，包括了经典试验中出现的整个锁定范围。通过研究发现，固有频率比是影响振动特性的重要参数，随着固有频率比的增加，响应幅值逐渐降低且向更高的约化速度偏移；在低约化速度范围内，固有频率比对顺流向和横流向振动之间的相位差以及升力频率有较大影响，从而得到各种不同偏向的8字形轨迹；最后对不同固有频率比条件下的尾涡模式进行了讨论，给出了对应不同约化速度时的尾涡模式。

关键词:涡激振动；尾涡模式；固有频率比；双自由度；振动轨迹；圆柱绕流

翟云贺，康庄，宋儒鑫，孙丽萍. 不同固有频率比条件下圆柱双自由度涡激振动特性的数值研究[J].海洋工程,2018,36(4):50-59.

环肋椭圆柱壳-流场耦合系统自由振动的解析求解方法

方  敏^1,2,3，朱  翔^1,2,3，李天匀^1,2,3，金超超^1,2,3

（1. 华中科技大学 船舶与海洋工程学院，湖北 武汉  430074; 2. 船舶与海洋水动力湖北省重点实验室，湖北 武汉  430074; 3. 高新船舶与深海开发装备协同创新中心，上海  200240）

摘要:提出了分析环肋椭圆柱壳-流场耦合系统自由振动的一种解析求解方法。环肋通过“刚度均摊”到均质椭圆柱壳体上，考虑流场对壳体振动特性的影响，通过Helmholtz方程描述声介质的波动，建立环肋椭圆柱壳-流场耦合系统的自由振动方程，进而求得耦合系统的自由振动固有频率。为了验证方法的准确性，将水下环肋椭圆柱壳退化成水下环肋圆柱壳和不加肋的水下椭圆柱光壳，两个退化模型的计算结果与已有文献结果吻合良好。并详细讨论了椭圆度、环肋间距等主要参数对耦合系统自由振动特性的影响。

关键词:环肋椭圆柱壳；椭圆度；自由振动；环肋间距

方敏，朱翔，李天匀，金超超. 环肋椭圆柱壳-流场耦合系统自由振动的解析求解方法[J].海洋工程,2018,36(4):60-69.

马蹄波波形几何参数的试验研究

严  开，邹志利

(大连理工大学 港口海岸及近海工程国家重点实验室,辽宁 大连  116024)

摘要:为了研究真实海洋表面马蹄波的波形特征，通过物理模型试验研究了马蹄波的波形特征参数。研究中通过引入满足共振条件的扰动波成功在试验室内产生了马蹄波，测量和分析了马蹄波的波面升高和水平弧形波峰的几何特征，定义了新的垂向几何参数和水平几何特征参数，给出了不同水深情况下的这些参数的结果，得出了水深对马蹄波几何形态的影响。理论分析了马蹄波的横向结果，并与试验测量结果和弧形处理结果进行了对比。结果表明，马蹄波波形受水深影响较大；水深越浅，马蹄波的波面形状越接近椭圆余弦波，横向波长也越大。

关键词:马蹄波；Stokes波；波形特征；面积系数；横向波长

严开，邹志利. 马蹄波波形几何参数的试验研究[J].海洋工程,2018,36(4):70-77.

圆形数值波浪水池斜向和多向入射波浪模拟研究

任兴月¹，陶  军¹，彭  伟²

（1. 海南大学 海洋工程与技术系，海南 海口  570228; 2. 河海大学 港口海岸与近海工程系，江苏 南京  210098）

摘要:为了研究斜向入射波浪，基于三维不可压缩两相流模型，开发了一套圆形数值波浪水池数值模型。在圆形波浪水池中，通过源项造波法成功生成了任意入射方向的波浪，并且利用人工摩擦项模拟阻尼区以数值耗散反射波浪。模型基于嵌入式多块网格体系，采用FVM法（finite volume method）离散Navier Stokes方程，VOF法（volume of fluid）追踪自由水面。试验结果表明，斜向入射波浪的模拟结果与理论值基本一致，圆形波浪水池在模拟斜向入射波浪时，有效区域的面积较传统波浪水池显著增大，而且有效区域受波浪入射角度的影响也较小。同时，通过叠加多列斜向入射波浪，模拟出了多向交叉波列，并通过与理论结果对比，发现其具有较高的精度。

关键词:斜向入射波浪；圆形波浪水池；柱坐标系；VOF法；FVM法

任兴月，陶军，彭伟. 圆形数值波浪水池斜向和多向入射波浪模拟研究[J].海洋工程,2018,36(4):78-87.

波浪作用下单桩基础周围海床液化机制研究

隋倜倜^1,2，张  弛^1,3，高玉峰²，郑金海^1,3

（1. 河海大学 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏 南京  210098; 2. 河海大学 土木与交通学院，江苏 南京  210098; 3. 河海大学 港口海岸与近海工程学院，江苏 南京  210098）

摘要:建立波浪作用下单桩周围三维海床动力响应模型，考虑自重影响下的海床长时间固结过程。采用已有物理模型试验数据对模型进行验证，证实其具有较好的适用性。模拟波浪作用下单桩周围三维海床液化区域，通过定量分析超孔隙水压力和土体初始有效应力的变化，讨论单桩插入深度对海床液化的影响机制。研究表明，单桩插入深度发生变化时，土体初始有效应力对海床液化的影响要大于超孔隙水压力，且影响程度随着插入深度的增加而逐渐增大。

关键词:波浪作用；单桩基础；海床液化；动力响应；固结状态

隋倜倜，张弛，高玉峰，郑金海. 波浪作用下单桩基础周围海床液化机制研究[J].海洋工程,2018,36(4):88-96.

海上风电大直径加翼桩水平承载性能研究

陈灿明¹，苏晓栋¹，何建新¹，王曦鹏²，黄卫兰¹

（1. 南京水利科学研究院 水利部水科学与水工程重点实验室，江苏 南京  210024; 2. 中国能源建设集团江苏省电力设计院有限公司，江苏 南京  211102）

摘要:为改善海上风电大直径钢管桩的水平承载性能，基于ABAQUS有限元软件对单桩改进形式的加翼桩结构进行了系统研究，计算分析了软黏土地基中加翼桩在水平荷载作用下桩身弯矩、应力、位移、桩身泥面处倾斜率和极限承载力，研究了加翼桩面积、形状、埋深和刚度等翼板参数对加翼桩水平承载性能的影响规律，根据加翼桩的桩-土作用机理，参考现行规范模式提出适用于软黏土地基大直径钢管桩的P-Y曲线。研究结果表明，加翼桩通过在泥面处设置翼板可降低桩基泥面处倾斜率50%、提高桩基极限承载力60%以上，加翼桩水平承载性能明显优于单桩。

关键词:加翼桩；承载性能；翼板参数；P-Y曲线；海上风电；水平荷载

陈灿明，苏晓栋，何建新，王曦鹏，黄卫兰. 海上风电大直径加翼桩水平承载性能研究[J].海洋工程,2018,36(4):97-104.

不同排列方式和间隙比下双圆柱流致振动特性研究

刘巨保，杨  明，岳欠杯，丁宇奇，姚利明

(东北石油大学 机械科学与工程学院，黑龙江 大庆  163318)

摘要:采用基于ALE的流固耦合分析方法，将圆柱体振动模型简化为平面双自由度质量-弹簧-阻尼系统，进行了计算参数无关性分析。对不同θ角和间隙比T下的双圆柱流致振动进行数值模拟，并与单圆柱振动计算结果进行比较，得到了不同θ角和间隙比T下中心圆柱的升阻力系数、流场分布和运动轨迹变化情况。通过分析发现小间隙比下由于两圆柱间的相互干扰，改变了中心圆柱的尾涡结构，导致了升力和阻力系数随不同θ角而发生变化；小间隙比下由于两圆柱间的相互干扰影响，均使中心圆柱的轨迹在不同θ角下发生了较大的变化，顺流向的振动频率与单圆柱振动时相比出现了多倍频，导致其运动轨迹发生了变化。

关键词:流致振动；双圆柱；不同排列；间隙比；升阻力系数

刘巨保，杨明，岳欠杯，丁宇奇，姚利明. 不同排列方式和间隙比下双圆柱流致振动特性研究[J].海洋工程,2018,36(4):105-113.

新型桁架式Spar生产平台储油系统及总体设计

马网扣¹，袁洪涛²

（1. 中国船舶及海洋工程设计研究院，上海  200011; 2. 上海外高桥造船有限公司，上海  200137）

摘要:新型桁架式Spar生产平台具有15 000 t的凝析油储存能力，采用基于油水置换技术和三级油水分离工艺的新型储油系统设计，这在现役和在建的Spar平台中尚属首次。介绍了平台的总体方案，包括主要技术参数、舱室划分、空船重量重心和系泊系统等。阐述了油水置换储油系统的布置方案以及三级油水分离工艺流程。并分析了平台的主要性能，包括气隙、运动耦合、稳性。最后通过风浪流联合运动响应的水池试验，验证了平台在百年一遇的海况下具有良好的运动性能。

关键词:桁架式Spar；油水置换；三级油水分离工艺；储油系统；总体方案；水池试验

马网扣，袁洪涛. 新型桁架式Spar生产平台储油系统及总体设计[J].海洋工程,2018,36(4):114-120.

基座安装对平台减振特性影响研究

韩华伟¹，徐芹亮²，王树青¹，季树彬¹

（1. 中国海洋大学 工程学院，山东 青岛  266100; 2. 中集海洋工程研究院有限公司，山东 烟台  264670）

摘要:在现场实测数据与瓦锡兰提供的发动机台架测试数据的基础上，通过对比分析得出发动机主要垂向激励频率。应用ABAQUS建立基座腹板对中实肋板和错开实肋板的有限元简化模型，进行基座及连接结构的模态和阻抗特性分析，结果表明基座腹板对中实肋板的结构布置方式有利于避免共振，并且基座结构与实肋板的对中设计对垂向的阻抗影响较大。在相同激励下，研究了两种不同的基座布置方式对振动激励的响应特性。研究结果表明在设备基座设计时应尽可能使基座腹板对中支撑结构的舱壁或实肋板。这是保证基座结构高阻抗值的有效方式，对于降低结构振动传递起到重要作用。

关键词:减振；模态；阻抗；振动传递；海洋平台

韩华伟，徐芹亮，王树青，季树彬. 基座安装对平台减振特性影响研究[J].海洋工程,2018,36(4):121-128.

射阳港拦门沙航道整治工程建设前后水沙特征分析

陈可锋，王乃瑞，徐俊辉，陆培东

（南京水利科学研究院 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏 南京  210029）

摘要:为研究工程区海域水沙特征的时空分布、运动规律，采用不同时期的现场水文泥沙资料，对射阳港拦门沙航道工程建设前后的水流、含沙量、悬沙粒径和底质特征进行了对比分析。研究表明：射阳港一期航道工程建设后航道内潮波发生变形，涨潮流速大、历时短；落潮流速小、历时长，进入到航道内泥沙很难被带出航道，容易导致航道淤积。工程区海域整体含沙量较大，一期工程建设后导堤内涨潮含沙量明显增大，口门净输沙向口内，通过口门进入到航道的高含沙水体是航道淤积的重要沙源之一。导堤间边滩表层存在部分淤泥，且具有一定流动性，在水流及自身重力作用下，边滩淤泥可归入航道内。

关键词:射阳河口；拦门沙；水沙特征；整治工程

陈可锋，王乃瑞，徐俊辉，陆培东. 射阳港拦门沙航道整治工程建设前后水沙特征分析[J].海洋工程,2018,36(4):129-137.

带胸墙斜坡堤越浪量的数值试验研究

王  键，孙大鹏，吴  浩

（大连理工大学 海岸与近海工程国家重点实验室，辽宁 大连  116024）

摘要:采用黏性流体的连续性方程、雷诺时均N-S方程作为基本控制方程，RNG k-ε模型模拟湍流效应，VOF方法捕捉流体自由表面，结合主动吸收式造波理论，借助FLUENT软件建立二维不规则波数值水槽。在验证数值水槽造波性能的基础上，数值模拟带胸墙斜坡堤的越浪，并将数值计算的平均越浪量与已有物模试验值进行对比，两者趋势一致，吻合良好；表明该数值水槽模拟不规则波作用带胸墙斜坡堤越浪的准确性。针对带胸墙斜坡堤，藉此分析了堤顶超高、斜坡坡比、坡肩宽度及坡肩高度对其平均越浪量影响的规律性，研究成果对斜坡堤工程设计具有重要的参考意义。

关键词: FLUENT；主动吸收式造波；不规则波；带胸墙斜坡堤；平均越浪量

王键，孙大鹏，吴浩. 带胸墙斜坡堤越浪量的数值试验研究[J].海洋工程,2018,36(4):138-146.

条件变化对海口湾风暴增水的影响分析

——以海鸥台风为例

丁  瑞，朱良生

（华南理工大学 土木与交通学院，广东 广州  510641）

摘要:以海口湾为例，通过建立天文潮与风暴潮耦合数值模型，以典型强台风海鸥为基础，对未来台风增强、海平面上升和填海工程对海口湾风暴潮的影响分别进行了诊断分析，并计算了三者的共同作用在未来100年对风暴增水最大值的变化幅度。结果表明：1）台风强度增强大幅度增加海口湾沿岸风暴增水最大值，台风强度增强10%时，海口湾沿岸控制点风暴增水最大值增加12%~18%；2）海口湾地区在海平面上升的影响下风暴增水最大值反而减小，仅有部分岸段风暴增水值最大增加，不同海域风暴增水变化对海平面上升的响应不同；3）不合理的人工岛建设方案会显著增加对岸风暴最大增水值；4）在台风增强、海平面上升和不合理的海湾填海共同影响下，未来100年风暴增水最大值将增加12%~28%。显然这样的风暴增水变化会引起严重的灾害和后果，本研究可为海口湾防灾减灾工作提供依据。

关键词:风暴增水最大值；台风强度增强；海平面上升；海湾填海

丁瑞,朱良生.条件变化对海口湾风暴增水的影响分析——以海鸥台风为例[J].海洋工程,2018,36(4):147-154.