- 寇海磊;房伟伟;徐祥程;安兆暾;张洪睿;
采用土体本构模型对黏土中的桶形基础进行了有限元模拟，以研究桶形基础的水平循环承载特性。利用有限元方法模拟了在不同单调组合荷载作用下黏土中的桶形基础离心机试验，与试验结果对比验证了使用小应变硬化土（HSS）本构模型的适用性。在此基础上，基于HSS模型和硬化土（HS）模型对比研究了不同循环荷载和小应变模量对桶形基础累积转角、旋转中心和桶-土相对刚度的影响。结果表明，黏土中桶形基础的累积转角随着循环次数和水平荷载的增加而增加，然而每个循环中累积转角的增加逐渐减小。另外，提出了T_b和ζ_b之间的拟合关系式预测黏土中桶形基础的累积旋转。无论处于疲劳极限状态（ζ_b=0.3）还是正常使用极限状态（ζ_b=0.5），旋转中心类型都是从深中心变为浅中心。桶-土相对刚度随循环次数的增加而减小，并且循环荷载越大刚度衰减越大。另外，小应变模量对基础累积转角和桶-土相对刚度有较大影响而对旋转中心无显著影响。与已有的研究结果对比发现，HSS模型更加适用于精细化设计。
2024年04期 v.42 1-12页 [查看摘要][在线阅读][下载 1248K] [下载次数：274 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：15 ] - 张浦阳;张一博;校建东;乐丛欢;丁红岩;
单柱复合筒型基础作为一种新型海上风机基础结构，在中国海上风电抢装潮中得到了广泛的应用。针对单柱复合筒型基础在土体中的下沉特性，在室内进行了小比尺物理模型试验。试验中采用抽水负压下沉的方式，选取结构总重量作为主要变量，得出结构的下沉时程曲线，随着结构重量增加，结构下沉所需要的总时间减小，自重下沉阶段占比增加；总结了下沉过程中的结构倾角变化规律，入土瞬间倾角较大，自重下沉阶段结构的倾斜情况受土质均匀性的影响表现得比较复杂，仅通过抽水阀门的调节倾角难以恢复，负压调平效果明显；得出下沉过程中舱内孔隙水压力的变化规律，舱内孔隙水压力随下沉过程逐渐减小，自重下沉阶段孔隙水压力对土体扰动相对较小；土体中下沉渗流减阻效果十分明显，渗流方向为自舱外沿筒底部流向舱内。
2024年04期 v.42 13-20页 [查看摘要][在线阅读][下载 1154K] [下载次数：239 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：5 ] - 刘志成;张建华;孙科;张艺巍;
参照三浮筒式OC4半潜式风机基础，设计了四浮筒式浮式风机基础。建立三浮筒式OC4半潜式风机基础与四浮筒式浮式风机基础水动力模型，利用AQWA软件分析四浮筒式浮式风机基础相关水动力参数，并将四浮筒式浮式风机基础与三浮筒式OC4半潜式风机基础进行不同工况下的时域分析对比，探究两者间性能差异。结果表明，四浮筒式浮式风机基础具有良好的水动力性能，相较于三浮筒式OC4半潜式风机基础，其在纵荡、横荡、纵摇、艏摇4个自由度方向上的运动响应以及缆绳张力方面存在优势。
2024年04期 v.42 21-34页 [查看摘要][在线阅读][下载 1831K] [下载次数：814 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：6 ] - 王月;程正顺;崔明浩;杨灿;陈鹏;
漂浮式风机塔架为细长高耸柔性结构，受风、浪、风轮旋转等多源复杂激励作用，塔架固有频率和模态的准确评估是漂浮式风机系统设计的关键环节。针对当前漂浮式风机塔架的模态分析大多基于塔底固定假设，未考虑浮式基础和风机正常作业的影响。提出了一种准确高效的大型漂浮式风机塔架固有频率快速评估方法，分析了漂浮式风机塔架固有频率的变化特性及规律。结果表明：当风机处于停机状态时，塔底固定的简化模型得出的塔架固有频率存在约10%的偏差，塔架固有频率评估需考虑浮式基础的影响；当风机处于运转状态时，上部风轮气动附加质量效应导致塔架的固有频率略有减小。研究结果可为漂浮式风机塔架以及控制策略的设计提供参考。
2024年04期 v.42 35-43页 [查看摘要][在线阅读][下载 1123K] [下载次数：67 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：5 ] - 吴萌萌;王尼娜;万德成;
在波浪与半潜式平台相互作用的情况下，波浪会沿着平台立柱爬升，并对平台立柱产生砰击作用。在极端情况下，波浪甚至可能砰击至平台下甲板，严重影响平台的安全。因此，对于半潜式平台设计来说，准确预测平台在波浪中的波浪爬升和砰击效应具有重要意义。采用无网格粒子法求解器MPSGPU-SJTU对波浪作用下的固定半潜式平台问题进行了数值研究，将MPS(moving particle semi-implicit)方法与GPU(graphics processing unit)并行加速技术相结合，并将其应用于规则波作用下的固定半潜式平台波浪爬升与波浪砰击问题的数值模拟。3种不同波高的规则波波浪被应用于半潜式平台数值模拟中，随着波高的增加，平台下甲板更多区域受到了波浪的砰击，同时平台设置的测压点处压力峰值也随之增大。
2024年04期 v.42 44-56页 [查看摘要][在线阅读][下载 1561K] [下载次数：144 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：4 ] - 郭冲冲;武文华;吕柏呈;曹光明;罗起航;
为了解决海洋核动力平台（MNPP）在拖航作业中面临的风险问题，提出了一种基于离散度聚合算法（DAM）的拖航作业风险分析方法。该方法采用故障树表示风险系统的层次关系，并映射为动态贝叶斯网络（DBN）结构；采用模糊集理论和专家评价克服缺乏客观统计数据的局限，基于离散度聚合方法确定模糊动态贝叶斯网络参数。针对建立的模糊动态贝叶斯网络模型，进行影响强度分析、因果推理分析、诊断推理分析和敏感性分析，得到拖航作业过程中最可能出现的风险路径、事故动态演化过程以及关键风险因素等。同时，给出了针对性风险控制措施，为现场作业和管理人员提供参考。
2024年04期 v.42 57-68页 [查看摘要][在线阅读][下载 1357K] [下载次数：36 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 高瑞;王杉;王一帆;
高海况下的浮体打捞回收作业是航天工程海上着陆场的重要保障，基于物理模型水池试验方法，开展5级海况浪流条件下的单独网具试验以及浮体进网试验并进行对比分析，得到网具在高海况下的力学特性及捕获影响因素。结果表明，浮体进网时网具受力最大值为单独网具时网具受力的2倍左右；在没有提上纲绳辅助作用下，0.60 m/s相对速度下容易捕获失败，1.11 m/s及以上相对速度基本能够捕获成功，提上纲绳能显著提升低速下的捕获成功率；临界打捞速度为2.06 m/s，当超过该相对速度时，网具受力将大幅增加。
2024年04期 v.42 69-77页 [查看摘要][在线阅读][下载 1659K] [下载次数：136 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 李德玉;肖龙飞;魏汉迪;李琰;
准确测量结构物的近场波浪演化是研究波浪与结构物相互作用问题的一个重要前提。针对固定方形立柱的聚焦波试验，提出基于立体视觉的近场波浪测量方法。使用轻质泡沫颗粒制成的标记网来标记波面以获得有丰富纹理的波面图像，在立柱前后各布置一个双目系统，全方位覆盖立柱周边区域，重建出聚焦波作用过程中立柱周围的三维波浪场，从空间分布的角度研究波浪爬升的三维演化。从连续图像序列的处理中可提取出波浪时历，与浪高仪的测量结果吻合良好。结果表明，立体视觉方法可以准确重建结构物的近场波浪演化，测量极端波浪下的波浪爬升。
2024年04期 v.42 78-85页 [查看摘要][在线阅读][下载 1374K] [下载次数：29 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 缪银琦;赵西增;殷铭简;刘必劲;夏志盛;
带翼排桩式防波堤能够有效沟通港池内外水体、维护水域环境，是一种环境友好型防波堤结构，在海岸工程领域有广阔的应用前景。采用模型试验与数值模拟方法，开展带翼排桩式防波堤的水动力特性研究。通过实验室水槽模型试验，分析翼板宽度B_w与翼板入水深度H_w对防波堤透反射系数及耗散系数的影响，同时基于大涡模拟（LES）建立数值波浪水槽，讨论规则波与防波堤相互作用过程中的桩周涡流、射流场演化过程。结果表明，不同的翼板宽度、入水深度设置会对防波堤透反射系数产生影响，且不同波长的规则波受翼板影响会呈现出不同的耗散结果；带翼排桩能够有效扰乱规则波的流场，形成不同形态的涡流，耗散波浪能量；当翼板入水深度较大时，翼下射流沿桩底水平发展，且强度大、控制距离远，该射流或成为桩底附近泥沙运动的重要动力。
2024年04期 v.42 86-95页 [查看摘要][在线阅读][下载 1454K] [下载次数：211 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 王华昆;刘方舟;高婧;余杨;李彦豪;
为了揭示深海采矿水力输送过程中不规则粗颗粒与壁面碰撞的特征，建立了相应的随机反弹概率模型，为粗颗粒与壁面相互作用的数值分析提供了基础模型。采用粗颗粒自由落体试验和图像识别技术，对不同入射速度和入射角度下粗颗粒的随机反弹过程进行了试验研究。通过自定义MATLAB程序实现了粒子运动参数的自动提取与分析。基于概率统计分析和非线性回归方法，建立了不同入射速度和入射角度下粗颗粒随机反弹的解析预测模型。最后进行数值模拟，获得特定撞击条件下颗粒的随机反弹信息，并将文中模型预测与现有研究中模型给出的预测进行了比较。研究表明：正态分布和广义极值分布均可较好地描述粗颗粒随机反弹运动特征；粗颗粒在低入射角碰撞下除反弹模式外还有滑移-偏转的模式，随入射角的增加，随机反弹角的均值先略有下降，然后逐渐增加，而反弹角的离散度随入射角增加呈指数增加；对于速度恢复系数，随着入射角的增加，能量耗散增加，速度恢复系数减小，恢复系数的离散度略有增加；随着入射角的增加，角速度变化的均值遵循半正弦波函数，当入射角为45°时旋转最显著，旋转角速度的标准差先增大后减小。此外，数值重构时，应使用截断值以避免不合理的样本数据。
2024年04期 v.42 96-109页 [查看摘要][在线阅读][下载 1926K] [下载次数：254 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 王永胜;周曾;刘治宇;陈俊昂;靳闯;侯堋;龚政;
海岸植被在消减波浪能量方面发挥着重要作用，植被消波是海岸生态防护的重要形式。以广州市南沙区龙穴岛北部近岸水动力特征为基础，通过波浪水槽物理模型试验探究不同淹没度、入射波高及柔性植被宽度比条件下单一型植被（柔性、刚性）和复合型植被（刚柔组合）消浪效果。研究结果表明：当淹没度α=0.67（低于树冠形心处淹没度0.03即水深略低于树冠形心）或α>1.00（水深高于树冠顶部）时，单一型刚性植被消浪效果最优；当淹没度α增大至0.78和0.83（分别高出树冠形心处淹没度0.08和0.13）时，柔性和刚性复合型植被消浪效果更好。随着波高的增大，单一型植被与复合型植被的消浪效果均增强。柔性植被宽度比值B/B_0对植被消浪系数K的影响与淹没度和波高有关：当α<1.00时，消浪系数K随B/B_0的增大先增大后减小；当α=1.00时，消浪系数K随B/B_0的增大先减小后增大再减小，且均在B/B_0时消浪系数达最大；当α>1.00时，消浪系数K随B/B_0的增大呈现减小的变化趋势。研究可为当地植被生态护岸工程建设提供理论支撑。
2024年04期 v.42 110-118页 [查看摘要][在线阅读][下载 1219K] [下载次数：373 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 祝潇;梁慧迪;陈维;时连强;
为研究波流耦合作用下复合型海滩砂泥转换带（SMT）的迁移规律，建立了洞头区人工沙滩的多组分泥沙动力地貌概化模型，并采用工程后人工沙滩实测剖面冲淤数据进行了模型验证。通过对比不同水动力条件下沙滩地形变化及沉积物演变，分析了SMT迁移对各水动力条件的响应。模拟结果表明：人工沙滩在拦沙堤和岬角的掩护下滩面普遍呈淤积态势，湾内岸线稳定。然而由于拦沙堤波影区波浪动力削减，造成沙滩滩面泥化，SMT逐渐向岸移动，砂质滩面面积缩小约40%。SMT与潮汐、波浪关系密切，在潮波比值小于25时，SMT相对高程取决于潮汐和波浪的共同作用，与潮差呈正比、与波高呈反比。而在潮波比值大于25时，波浪作用几乎可以忽略，SMT高程取决于平均高潮位。此外，当波浪垂直于岸线时，沙滩泥化程度最低，SMT均匀分布在沙滩-潮滩交界面附近，随着水体含沙量（体积分数）的增加，波浪暴露区域SMT逐渐向岸迁移。
2024年04期 v.42 119-129页 [查看摘要][在线阅读][下载 1600K] [下载次数：167 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 孙一艳;熊玉章;安旭婷;于德双;王刚;
采用物理模型试验方法研究双船、三船和四船并排锚泊时各船的运动量，并与单船艏艉锚泊情况进行了对比，重点分析了横浪作用下各船的横摇运动规律，探究了波浪周期和并排锚泊船数对多船并排锚泊时横摇运动的影响。结果表明，多船并排锚泊时，横摇运动响应随着波浪周期的增大而逐渐减小。双船并排锚泊时，横摇运动响应同单船相比减少了40%～50%；三船和四船并排锚泊时，横摇运动响应同单船相比减少50%～60%，四船并排锚泊时横摇运动响应减小的幅度与三船并排时相比差别不大。
2024年04期 v.42 130-140页 [查看摘要][在线阅读][下载 1529K] [下载次数：182 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 谭康力;谢伟;刘祖源;解学参;王五桂;刘强;
通过数学模型进行船舶操纵性预报是常用的方法，以往的约束模试验通常仅在设计航速下进行，且MMG船舶操纵运动模型通常认为螺旋桨对船舶操纵水动力的影响可以忽略。但船舶在实际操纵运动的过程中航速会发生很大变化，螺旋桨对船舶操纵水动力的影响可能变得不可忽略，因此有必要开展相关船舶操纵水动力的研究。以KVLCC2为研究对象，对其裸船体、船-舵、船-桨和船-桨-舵系统分别进行不同航速下的约束模试验数值模拟，研究了不同航速下螺旋桨对船舶操纵水动力的影响。研究结果表明：螺旋桨对船舶操纵水动力的影响不可忽略，该影响随着船舶航速的减小而增大，但舵的存在会减弱其影响；螺旋桨对舵效有着较大影响，该影响随着船舶航速的减小也会明显增大。因此在进行船舶操纵性研究时，有必要进行非设计航速下的相关约束模试验。
2024年04期 v.42 141-149页 [查看摘要][在线阅读][下载 1239K] [下载次数：402 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 金小栋;陈旭光;刘金忠;刘茜茜;金帅;
深海采矿时羽流生成的主要原因在于采集过程中集矿车行走及采集对深海沉积物的扰动。沉积物受扰动后产生羽流，所以可以推断沉积物的物理性质可能对羽状流的生成存在影响。目前，通过已知研究发现，沉积物的抗扰动性主要由沉积物的强度所决定，而研究沉积物的强度必须先了解沉积物的结构。由于深海沉积物处在特殊深海高压含盐环境中，沉积物在沉降过程中形成了特殊的絮状连接结构，土颗粒之间产生胶结作用。胶结作用的强弱以胶结力的形式包含在沉积物所具备的黏聚力中，所以可以假定沉积物的胶结作用会影响沉积物的强度，进而影响羽流的触发。然而不同区域深海沉积物含水率及成分均有所差异，无法对沉积物的胶结作用进行定量分析，因此需通过试验探究不同成分底质的胶结作用强弱随底质成分的变化以及不同底质下羽流的触发规律。首先，选取碳酸钙质量分数与含水率作为变量，选取多种不同成分的模拟底质，探究胶结作用随土体成分的变化规律。其次，开展单射流冲击模拟底质模型试验，观测羽流的触发量与土体成分间的关系。研究结果表明：在射流冲击作用下羽流的触发量与冲击底质的胶结作用有关，模拟底质的胶结作用随着含水率的增大而减小，随着底质中碳酸钙质量分数逐渐增大，胶结作用呈现先增大后减小的趋势。研究结果将为集矿车采集过程中控制羽流触发以及水力采集参数优化提供理论依据。
2024年04期 v.42 150-163页 [查看摘要][在线阅读][下载 1592K] [下载次数：391 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 孙思宇;梁旭;吴延斌;游鹏;孔令澎;
深海大洋中蕴藏着丰富的矿产资源，如果能实现商业化开采将成为解决能源危机的潜在途径。对矿物进行开采的前提是将采矿设备安全、精准地布放在指定地点，目前提出分离式和组合式2种布放方案，但二者优劣还未可知。基于集中质量法分别建立分离式和组合式深海采矿系统布放模型，根据矿物属性设置1 500、3 000和4 500 m水深3种工况，对2种布放方式进行对比研究。结果表明：1）分离式布放能更好地控制采矿设备位移精度，与组合式布放相比，采矿车精度可平均提高9.92%，中继舱可平均提高11.38%，组合式扬矿管底端弯矩明显大于分离式，平均为分离式的3.5倍，若对布放精度要求较高可优先考虑分离式布放；2）分离式布放遭遇复杂海况时软管和布放缆易发生绞缠，最大绞缠力可达20.91 kN，可能引起管线磨损、破断，因此海况较为复杂时可优先考虑组合式布放。
2024年04期 v.42 164-176页 [查看摘要][在线阅读][下载 1881K] [下载次数：233 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：2 ] - 王忠畅;李书兆;王丽勤;王忠涛;鲁金全;
应用沉箱保护水下生产系统时，海底管线和沉箱间跨接管与沉箱内部的管汇采用的往往是刚性连接，一旦沉箱基础位移超过设计允许值将会使管汇与外部管缆变形不协调，严重时将导致管线断裂并发生漏油等重大工程事故。通过耦合的欧拉-拉格朗日（CEL）方法采用ABAQUS有限元软件建立霍尔锚紧急落锚对水下沉箱位移影响的计算模型，在与模型试验结果对比验证数值模型可靠性的基础上，模拟了贯入速度区间为6～22 m/s、落锚间距为1～5倍锚长的102组不同工况下船舶落锚过程对水下沉箱位移的影响。结果表明，水下沉箱位移随锚贯入速度的增大而增大，随落锚距离增大而减小。根据数值计算结果和影响因素分析，提出了水下沉箱位移的预测方法和不同贯入速度下安全落锚距离的计算表达式。
2024年04期 v.42 177-187页 [查看摘要][在线阅读][下载 1203K] [下载次数：84 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] - 李逸奇;胡伟;杨枭;黄勇祥;
对于砂土中多锚片螺旋锚上拔承载机理和承载力学模型的研究，目前存在人为引入临界值将连续演化问题分割为特殊工况，但临界值取值标准又难以形成统一认识的问题。基于数值模拟分析了砂土中螺旋锚锚周土体滑动面的连续演化规律和理论表征方法，并进一步研究砂土中多锚片螺旋锚上拔力学模型和上拔承载力计算方法。所得主要结论为：1）多锚片螺旋锚上层锚的承载性状仅与其埋深比有关，与单锚表现一致；2）随着间距比的增大，下层锚承载性状受间距比的影响逐渐减小，直至独立承载；3）各层锚片锚周土体滑动面均可用椭圆的部分圆弧刻画，间距比很小时，椭圆的长短轴比取决于间距比而与埋深比无关，其余情况下椭圆的长短轴比均随埋深比的增大而减小；4）多锚片螺旋锚的上拔承载力学模型可通过各层锚的承载模型组合而成，下层锚力学模型的演化受埋深比和间距比的影响可分为3个连续阶段；5）与3个试验案例的对比计算证明了连续演化+组合式力学模型构建思路的合理性，相应的承载力计算方法也具有较好的精度和稳定性。
2024年04期 v.42 188-196页 [查看摘要][在线阅读][下载 1171K] [下载次数：330 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：1 ] 下载本期数据