海洋工程

短文

  • 深海立管相互碰撞的响应面法研究

    张火明;余润梁;陆萍蓝;孔令滨;管卫兵;

    针对深海立管在理想环境和外部水环境中发生碰撞的情况,从立管碰撞最大径向位移和应力峰值两方面展开研究,充分利用ABAQUS仿真得到的数据,基于数值模拟和回归分析,提出四因素三水平的立管碰撞响应面分析方法。采用Design-Expert软件的BOX设计,对立管的非线性碰撞过程中的碰撞应力峰值和最大径向位移等两个试验指标进行回归分析并分别建立二次响应面回归模型。通过将响应面分析所得最优化解与有限元计算结果的对比,最终验证了响应面分析方法及所得模型的准确性。

    2019年05期 v.37 118-126页 [查看摘要][在线阅读][下载 769K]
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  • 系泊链海水疲劳性能初步研究

    邵云亮;李剑;张卫新;陶兴;陶良凤;

    通过试验研究了直径最大到187 mm的R4和R4S级系泊链在人工海水中的疲劳性能。根据疲劳试验得到了相应载荷振幅下的疲劳循环次数,并将结果和DNVGL OS-E301及API RP 2SK中的设计曲线进行了比较和分析。通过链环有限元计算,结合实际试验结果,验证了链环在拉伸载荷下的应力分布和断裂热点,为进一步分析系泊链疲劳失效机理和海洋平台系泊系统设计提供了有效的试验数据。

    2019年05期 v.37 127-132页 [查看摘要][在线阅读][下载 1700K]
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  • 台湾海峡西岸两个典型复合型海滩砂泥转换带对比研究

    周湘;蔡锋;戚洪帅;王立辉;赵绍华;雷刚;朱君;

    根据福建沿海砂泥复合型海滩的分布特征,选取闽江口左坑和九龙江口南太武两个典型砂泥复合型海滩作为研究对象,开展SMT土力学和空间分布特征初步研究。基于两个海滩SMT位置及两侧共6个柱状沉积物样品的土力学性质分析,完善了砂泥转换带(sand-mud transition,简称SMT)野外判定方法;结合SMT空间分布特征及洪、枯两季差异分析,初步探讨了影响SMT分布的主要因素及控制过程。研究结果认为,对于表层砂泥分界明显的海滩,可根据SMT的定义结合沉积物粒度变化快速判定;而对于无法直接判定SMT位置的复合型海滩,可将海滩表层沉积物抗剪强度作为快速准确判定SMT位置的辅助指标,本次研究取15 k Pa作为SMT判定阈值。闽江口左坑和九龙江口南太武海滩SMT高程及其空间分布特征有明显差异,这种差异在洪、枯水季又发生一定改变,主要与泥沙物源和水动力条件变化有关,SMT具体变化情况由砂质和泥质的输运或水动力强度决定。

    2019年05期 v.37 133-140页 [查看摘要][在线阅读][下载 1708K]
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  • 深海滑坡灾害的物质点法模拟

    董友扣;马家杰;王栋;RANDOLPH Mark;

    深海滑坡可以沿着斜坡搬运大量沉积物,是危害巨大的海洋地质灾害之一。评估深海滑坡的流滑机制并量化分析其对海底结构物的冲击对海洋资源的开发利用至关重要。采用物质点法对滑坡的滑动特性进行了总应力分析。设计了三组不同的土体、海床参数,展现了三种不同的滑动形态:延展、块体和扩张。随后复现了流滑体对部分暴露管线的冲击过程,并对冲击力的稳定值进行了分析,分析中考虑了流滑体的惯性、抗剪强度和静压力的影响。研究表明,物质点法能够用于模拟深海滑坡的流滑过程及其对海底结构物的冲击,可以为海洋工程中的实际设计工作提供服务。

    2019年05期 v.37 141-147页 [查看摘要][在线阅读][下载 966K]
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  • 海上升压站在靠船工况下振动舒适性研究

    孙震洲;金伟良;方滔;汤群益;俞华锋;马煜祥;

    国内外海上风电开发正逐渐走向成熟阶段,但早期的工程设计对海上升压站在靠船工况下的振动舒适性关注不够,相关的规范体系或可依据的准则也没有建立。针对实践中出现的这一问题,以位于江苏海域的某典型海上升压站结构为对象,进行了船舶碰撞工况下的动力数值模拟,分析了不同碰撞位置对结构响应的影响,以及上部组块不同区域的响应分布情况,并提出了改善舒适性的建议。

    2019年05期 v.37 148-155页 [查看摘要][在线阅读][下载 1768K]
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简讯

  • 海洋工程学会副理事长李行伟教授当选国际水利与环境工程学会主席

    <正>巴拿马当地时间2019年9月5日下午,在第38届国际水利学大会全体会员大会上,海洋工程学会副理事长、香港科技大学(HKUST)李行伟教授当选为国际水利与环境工程学会(International Association for Hydro-Environment Engineering and Research,简称IAHR)主席。这是该组织成立85年以来中国学者首次当选主席。李行伟教授长期从事水力学、射流、环境治理、污染排放控制等方面的研究,是环境水力学

    2019年05期 v.37 156页 [查看摘要][在线阅读][下载 71K]
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  • 扭王字块体护面斜坡堤越浪量试验研究

    孙大鹏;修富义;王键;董胜;赵沛泓;刘飞;

    针对现行规范中缺少扭王字块体护面斜坡堤越浪量的计算方法,考虑波陡、相对水深、相对堤顶超高、相对坡肩宽度、相对胸墙高度和相对块体尺寸等影响因素,通过波浪水槽物模试验,运用多元回归方法,给出了扭王字块体斜坡堤越浪量中护面结构影响系数和平均越浪量的计算公式。与试验值和其它计算公式进行了验证对比,结果基本吻合,具有一致性的规律。研究成果丰富了规范内容,对斜坡堤工程设计具有重要参考意义。

    2019年05期 v.37 1-9页 [查看摘要][在线阅读][下载 1546K]
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  • 钛合金载人舱球壳试验压力和应力衡准取值研究

    沈允生;李文跃;姜旭胤;

    各国潜水器规范对潜水器载人舱球壳试验压力的规定各有不同,以球壳的中面膜应力作为计算对象,推算各规范和标准关于膜应力在试验压力下的应力衡准。结合"蛟龙号"和"深海勇士号"两型潜水器载人舱球壳的外压试验,对计算应力和实测应力数据分析对比,提出适合钛合金载人舱球壳的试验压力和应力衡准参考值。

    2019年05期 v.37 10-15页 [查看摘要][在线阅读][下载 939K]
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  • 动力定位平台协同运动控制与栈桥运动响应研究

    张铎;王磊;李博;贺华成;

    随着海上油气开采作业及海上风电运维项目对于人员安全性、舒适性提出的越来越高的要求,生活支持平台应运而生。生活支持平台与生产平台通过栈桥连接。如何在复杂的海洋环境中保持栈桥的安全性,对于保障人员生命安全,尽可能地延长作业时间以及节约项目运营成本都有着重要意义。针对一座配备动力定位系统的生活支持平台和一座锚泊辅助动力定位的生产平台以及它们之间搭载的栈桥展开研究。设计了基于一致性算法的跟踪控制器,以实现两平台间的协同运动控制,使两平台间的距离不超过栈桥的可伸缩长度范围。在此基础上,研究不同环境载荷方向下栈桥的运动响应情况。当环境载荷方向从0°变化到90°时,伸缩量和变幅角增大,而回转角减小,它们变化的频率也存在一定差异,其中回转角对于环境载荷方向的变化最为敏感。

    2019年05期 v.37 16-27页 [查看摘要][在线阅读][下载 2018K]
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  • 长周期波浪激发矩形港池多模态共振研究

    张翔;马小舟;郑振钧;董雨进;董国海;

    长和宽接近的矩形港池存在横向、纵向及横纵向混合共振模态。采用基于混合有限元的椭圆型缓坡方程数值模型模拟不同波浪入射角的低频波浪激发矩形港池的多模态共振,并分析不同平面布置形式的矩形港池模态响应特性。结果表明,斜向波浪会激发港池的横向共振模态,其放大因子受入射角度影响较大,而纵向共振模态的放大因子受入射角度影响较小。口门宽度对港池的共振模态个数与放大因子均有影响,具体为:随着口门宽度增加,各阶模态放大因子减小。口门位置对纯横向以及纯纵向共振的振荡模式有显著影响,而对横向纵向混合模态影响较小。各阶模态放大因子的大小和波节线与波腹线与口门的相对位置密切相关。

    2019年05期 v.37 28-36页 [查看摘要][在线阅读][下载 2399K]
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  • 数值波浪水槽中完全非线性浅水波仿真特性研究

    孙雷;蒋月;姜胜超;刘昌凤;

    应用基于势流理论的时域高阶边界元方法,建立一个完全非线性的三维数值波浪水槽,通过实时模拟推板造波运动的方式产生波浪。通过混合欧拉-拉格朗日方法和四阶Runge-Kutta方法更新自由水面和造波板的瞬时位置。利用所建模型分别模拟了有限水深波和浅水波,与试验结果、相关文献结果和浅水理论结果吻合较好,且波浪能够稳定传播。系统地讨论造波板的运动圆频率、振幅和水深等对波浪传播和波浪特性的影响,并对波浪的非线性特性进行分析,研究发现造波板运动频率、运动振幅以及水深均将对波浪形态和波浪非线性产生显著影响。结果为真实水槽造波机的运动控制以及波浪生成试验提供了依据,便于实验室设置更合理的参数来准确模拟不同条件下的波浪。

    2019年05期 v.37 37-47页 [查看摘要][在线阅读][下载 1769K]
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  • 基于激波捕捉类Boussinesq模型对岛礁地形上波浪传播的数值模拟

    刘雨诗;刘维杰;赵西增;陶金波;

    为了探究激波捕捉类Boussinesq模型在模拟岛礁地形上规则波和不规则波传播的可行性,采用基于完全非线性Boussinesq方程并具有激波捕捉能力的数值模型Funwave-TVD对规则波和不规则波在岛礁地形上的传播进行了数值模拟,通过与试验数据对比,分析模型中空间步长的影响,验证模型在模拟波高、平均水位分布以及波谱空间演变的能力,结果表明:采用合适的空间步长,模型能较好地模拟规则波和不规则波在岛礁地形上的传播和演化过程。对于规则波,较小的空间步长可改善破碎点处波高峰值的预测,并能更好地预测波浪破碎后波高的空间分布,相比结合经验破碎的Boussinesq模型,Funwave-TVD能更好地模拟规则波在岛礁地形上的破碎,以及破碎以后行进涌波的再生成过程;对于不规则波,Funwave-TVD总体而言能较好地模拟涌浪有效波高、次重力波的生成及空间演化和平均水位,但会低估礁坪上次重力波波高,较粗的空间步长也会低估礁坪上涌浪有效波高。

    2019年05期 v.37 48-56页 [查看摘要][在线阅读][下载 2517K]
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  • 可渗透海床单桩孤立波破碎波浪力数值研究

    刘振宇;王立忠;国振;黄建武;吴建国;

    当波浪传播至近岸浅水区时易发生破碎,波浪破碎后水体直接拍击单桩结构,其波浪作用力显著增大,可能导致结构失稳破坏。首先建立包括斜坡海床的数值波浪水槽,并与已有研究进行对比验证。进而开展考虑斜坡海床可渗透性的孤立波数值模拟,分析孤立波传播与浅水化破碎特征,着重研究竖直单桩上破碎波浪力的特性,及其与单桩位置、海床渗透率的关联性。数值研究发现:对于低渗透率海床,随着单桩位置由深水向岸线位置变动,其所受波浪力先增后减,所受波浪力最大的桩体位置随海床渗透率增加而从波浪破碎点前方移动至破碎点后1D处,而在高渗透率海床上不同位置处桩体所受波浪力均较小;随海床渗透率等梯度增加,海床消波作用逐渐增强,波浪破碎进程延缓,波浪破碎点向岸线方向加速移动,单桩上破碎波浪力呈整体下降趋势,但可能因波浪破碎点的位置变动导致部分位置桩体所受波浪力异常增大。

    2019年05期 v.37 57-67页 [查看摘要][在线阅读][下载 2622K]
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  • 决口海堤洪水波传播模拟和分析研究Ⅰ:方法和验证

    王驰;王红;周正萍;左其华;

    选用水槽和港池物理模型方法以及已有的一些物理模型试验成果,结合SWASH模型,对孤立波在海堤斜坡上的爬高和越浪进行验证,确定合适的计算参数;计算和分析几种不同内坡形式的海堤堤顶决口,确定合适的海堤内坡边界条件。研究分析表明,验证后的SWASH模型可以用来进行海侧来波和陆域越堤波浪的联合计算,为决口海堤洪水波传播模拟和分析奠定了基础。

    2019年05期 v.37 68-78页 [查看摘要][在线阅读][下载 2418K]
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  • 红树林防护溃坝态海啸波冲击集装箱消能试验研究

    陈橙;陈池威;林鹏;陈昊哲;

    近年来海啸灾害频繁发生,对海工建筑物造成巨大损失。在以往的海啸事件中,红树林对海啸具有一定的消减作用。基于溃坝原理生成海啸波,进而研究红树林对海啸波消减作用及红树林防护下的海啸冲击集装箱的变迁表征。对闸门处溃坝研究结果表明,溃坝过程包含突然下降、相对稳定、缓慢下降三个阶段,且蓄能水位越高溃坝发生得越剧烈。海啸波冲击搬运集装箱可分为初始冲击、加速、匀速三个阶段,其动力成因包含了冲击力和浮力。红树林消减海啸波的流态表明尾涡重叠产生的紊动水流是消能的主因,合理密植、对称排布、交错排布有利于海啸波能的消减。此外,三角形交错红树林排布、海啸波强度减小、集装箱重度增加、以及海岸坡度增加均有利于减小集装箱的变迁距离。基于试验数据提出了红树林消波系数计算公式,本试验中红树林消波系数范围为0.02至0.42。

    2019年05期 v.37 79-88页 [查看摘要][在线阅读][下载 2310K]
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  • 港珠澳大桥东人工岛岛隧结合部沉管安放区导流堤掩护效果水动力精细模拟

    何杰;高正荣;辛文杰;沙海明;朱方剑;

    港珠澳大桥东人工岛所在海域受水下地形和近岸边界影响呈"涨潮NE向、落潮SW向"的往复流特点,东人工岛岛隧结合部沉管基槽水域在岛头挑流作用下涨潮流呈N向流动。根据岛隧结合部区域的水流运动特征,制订了基槽掩护区南北两侧"非对称"型的双导流堤掩护措施。建立基槽局部水域的三维水流数学模型,模拟岛隧结合部水流运动的三维特征,对导流堤实施后的掩护效果进行水动力仿真模拟。研究结果表明:基槽掩护区内流速大幅减弱,E33管节基槽的人工整平段最大流速在0.5 m/s以内,整平船施工段最大流速不超过0.8 m/s,E33管节各区流速均能满足沉管安装的水流条件。为安全起见,E33管节沉放安装时机适合选在潮流动力较弱的小潮期。

    2019年05期 v.37 89-98页 [查看摘要][在线阅读][下载 4625K]
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  • 新型深水钻井隔水管悬挂系统设计

    盛磊祥;许亮斌;刘健;李婷婷;刘正礼;田波;王志坤;

    南海海域台风频发,对于深水浮式钻井平台,常规避台模式要求回收所有隔水管,但是在深水、超深水海域,这种应对台风的方案有其局限性。据测算,水深超过1 500 m时,台风准备时间(回收所有隔水管、处理井口的作业时间)超过4天,而目前天气预报的水平只能提前4~5天,因此常规避台难度极大,经常会遭遇到还没有起完隔水管,台风已经逼近平台位置的情况,悬挂隔水管成为一种不得不面对的防台避台方案。硬悬挂和软悬挂是目前悬挂隔水管两种常见的模式,由于软悬挂能够补偿和缓解钻井船升沉施加在悬挂隔水管上的动态载荷,因此业内普遍认为软悬挂模式在提高悬挂隔水管对海洋环境的适应能力方面具有一定的优势,但是常规的软悬挂模式作业程序复杂,而且实施过程中存在伸缩节、张力器液缸等相关设备冲程超标的风险。通过对隔水管悬挂状态下横向和轴向的动力响应进行分析,确定了限制隔水管悬挂安全的主要因素,针对隔水管应力超标和转角过大、干涉等风险,设计了一种具有加装扶正器的锥形悬挂短节;针对悬挂隔水管的轴向压缩风险,研制了一种具有补偿功能的隔水管悬挂装置,降低了悬挂隔水管动态载荷产生轴向压缩和动态应力超标的风险。定量评估表明使用新型隔水管悬挂系统,可以将常规的悬挂窗口由不足10年一遇波流环境条件提高到满足100年一遇的波流环境条件,大大提高了悬挂隔水管的安全性。

    2019年05期 v.37 99-106页 [查看摘要][在线阅读][下载 1914K]
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  • 多级可分离式AUV系统设计与仿真分析

    宋金梁;申洪彬;刘继鑫;姚莉;严天宏;何波;

    多级可分离式自主水下航行器(MS-AUV)可搭载多种不同功能的载荷舱,并在目标海域完成载荷舱布放。其在海洋探测,海防等领域具有较高的应用价值。对MS-AUV进行了主体结构和分离机构的设计和研究,其中功能载荷舱与航行器本体采用真空连接方式,实现多级连接,降低了机构的复杂性,提高了载荷舱分离运动的稳定性和安全性。为了研究载荷舱与航行器分离的安全性,采用CFD和六自由度(6-DOF)刚体运动学的耦合方法来模拟其在水下的分离运动。在仿真过程中,采用弹簧光顺和局部重构混合网格生成方法的非结构化动态网格可以很好地适应大距离多体分离运动。仿真结果表明,在一定工况条件下,提高MS-AUV初始航行速度V0和分离机构弹簧刚度K有利于载荷与航行器本体分离。通过上述研究工作,验证了载荷分离方法的可行性,缩短研制周期,降低设计成本,对多级可分离式AUV样机的设计制造具有重要的参考价值。

    2019年05期 v.37 107-117页 [查看摘要][在线阅读][下载 2034K]
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