海洋工程

综述

  • 沙质海岸沿岸输沙率计算方法研究进展

    王宁舸;韩信;孙波;辛文杰;张弛;陈大可;

    准确预测波浪作用下沿岸输沙率是沙质海岸研究领域的重要科学问题。根据数十年来国内外沿岸输沙率公式的研究进展,按研究方法对各项成果进行分类,并兼顾时间逻辑,回顾了各研究方法的发展历程及其代表性成果。对各项成果的理论基础、考虑因素、资料来源等方面进行了探讨,并采用现场原型沙、室内原型沙和室内轻质沙等实测资料,对国内外常用公式的预测准确性进行了检验。结果表明,孙林云公式与各项实测资料的吻合程度最高,在众多沿岸输沙率公式中具有明显的先进性。在此基础上,对未来可进一步深化研究的方向作出了展望。

    2023年06期 v.41 171-186页 [查看摘要][在线阅读][下载 1274K]
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  • 第三方活动冲击荷载作用下近海管道损伤机理及风险评估研究现状

    姜逢源;董胜;

    平台坠物、船舶抛锚等第三方活动引起的冲击损伤是近海管道失效的主要原因,时刻威胁中国海洋油气开发系统的安全性。为保障近海油气管道安全运行,围绕冲击荷载作用下管道损伤及失效评估这一中心问题,从管道损伤机理研究、含冲击损伤管道安全评估、管道工程项目风险评估3个方面总结了国内外研究发展现状,明确了影响结构安全的关键问题,并对未来研究工作提出建议。挖沟埋深为管道防护冲击损伤的有效手段,土体强度是防护效果关键因素,应重点关注土体强度空间变异性问题;管道冲击损伤主要为平滑凹陷和弯折凹陷,对于后者应进一步确定其在内压荷载下的剩余强度及疲劳强度;风险评估中失效判据对于结果有显著影响,需构建考虑多种安全性评估准则的失效判据体系。

    2023年06期 v.41 187-199页 [查看摘要][在线阅读][下载 1219K]
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  • 《海洋工程》2023年总目次,第41卷,第1~6期

    <正>~~

    2023年06期 v.41 1-8页 [查看摘要][在线阅读][下载 821K]
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  • V-H荷载作用下海洋平台吸力式桩桶桩土承载特性研究

    蒋建平;孙宏涛;高嘉若;

    用于海洋平台的吸力式桩桶基础作为一种新型平台基础正逐渐成为人们研究的重点。为研究吸力式桩桶单桩基础的受力特性,对V-H(竖向—水平)联合荷载作用下的吸力式单桩基础桩土的承载特性进行了数值模拟,并将数值模拟的有限元解通过与API规范中对p-y曲线的计算方法进行对比来验证有限元模型的可行性,最后采用分级作用力的加载方式对其破坏包络曲线进行绘制,并推导出相应的函数表达式。研究表明,采用ABAQUS有限元分析软件对吸力式桩桶进行数值模拟是可行的,随着对吸力式桩桶所施加V-H联合荷载的不断增大,吸力式桩桶所能体现的应力和弯矩极限值也在随之增大,其位移变化主要在施加荷载的区域附近,最后在联合荷载作用下所体现的极限承载状态,即包络曲线大致呈四分之一的椭圆形状。

    2023年06期 v.41 1-10页 [查看摘要][在线阅读][下载 1196K]
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  • 深水脐带缆结构阻尼的数值与试验研究

    金川;曹家瑞;李孙伟;陈凯;俞国军;

    深水动态脐带缆内部结构复杂,其阻尼特性对脐带缆的舞动以及疲劳损伤有着重要的影响。脐带缆在和流体相互作用过程中,脐带缆内部构件可能会产生滑动,进而影响脐带缆的结构阻尼,这也使得真实海况中脐带缆的舞动和疲劳是一项复杂而值得深入研究的课题。为验证有限元模型能够很好地模拟脐带缆的结构阻尼特性,在考虑内部结构单元间摩擦的基础上,利用ANSYS建立了用于中国南海某油田的脐带缆多层滑移接触摩擦模型。同时,采用自由衰减法对该动态脐带缆开展了原型试验,测得了该缆的结构阻尼比与自振周期。通过对比有限元模型计算结果与原型试验结果发现:数值模型获得的该脐带缆的结构阻尼值与试验值非常接近,这为工程中获得脐带缆结构阻尼比的值提供了好的方向。

    2023年06期 v.41 11-18页 [查看摘要][在线阅读][下载 1091K]
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  • 台风海况下半潜式钻井平台动力性能监测与分析

    赵前;寇雨丰;邹付兵;武博;李欣;

    半潜式钻井平台在海洋油气资源开发中发挥着重要作用,目前主要采用模型试验和数值模拟方法对其动力性能进行研究,非常缺乏台风等极端海况下半潜式平台动力响应的实海域监测数据。以某半潜式钻井平台为研究对象,构建了一套比较完善的平台动力性能监测系统,并对台风“杜苏芮”过境阶段的监测数据进行了分析。根据平台艏部气隙及运动监测数据推算了平台吃水及环境波高;采用随机波浪的统计分析方法,计算得到短期海况的有效波高、谱峰周期、能量谱等信息,通过与多种典型海浪谱对比发现Jonswap谱与所测波谱吻合较好;对平台的横摇、纵摇及垂荡运动进行了时域统计分析和频域谱分析,得到了台风海况下被测平台波频运动的实际响应特征,对于指导平台抗台作业具有重要意义。

    2023年06期 v.41 19-30页 [查看摘要][在线阅读][下载 1345K]
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  • 新型圆筒型FPSO串靠外输作业耦合水动力响应分析

    栗铭鑫;陈维;李清;陈林烽;白旭;李永正;

    针对1 000 m水深作业的新型圆筒型浮式生产储卸油系统(FPSO),选择多点系泊FPSO和穿梭油轮串靠外输方案,分析串靠方案在中国南海的可行性。FPSO和穿梭油轮作业时两者之间相互影响的研究较为重要,通过ANSYS-AQWA建立水动力耦合分析模型,基于多浮体水动力学方法进行时域耦合仿真模拟。在FPSO作业海况下,分析了串靠外输时系泊锚链及系泊大缆的张力特性和两浮体的运动响应,对大缆的长度和刚度参数变化进行了分析。结果表明:串靠外输方案满足新型圆筒型FPSO的作业环境。随着系泊大缆长度增加,其张力最值逐渐减小,FPSO和穿梭油轮的最小间距逐渐增大。两浮体最小距离稳定在83 m左右。随着系泊大缆刚度增加,其张力最值增大,相比于大缆长度,大缆刚度对耦合系统的影响较弱。

    2023年06期 v.41 31-38页 [查看摘要][在线阅读][下载 1186K]
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  • 双体波浪能装置运动及系泊系统特性研究

    彦祥宇;陈子和;张显涛;

    波浪能是一种清洁、可再生的新型能源,波浪能发电装置在海上作业时会受到变化的风、浪、流载荷作用,需要系泊系统保证其稳性和安全性。以适用于中国南海500 m水深的振荡双浮体式波浪能发电装置为研究对象,运用频域计算与时域计算结合的方法对双浮体及其系泊系统的运动响应和动力载荷进行计算,获取极端海况与工作海况下浮体运动和系泊缆索张力的时历数据。参照BV船级社NR-493规定的海上浮式结构物系泊安全系数规范,对3种系泊方案进行安全校核和对比分析。选定其中一种系泊方案,通过改变系泊系统以及能量转换器(PTO)的参数,探究参数变化对双体波浪能装置运动响应以及系泊系统特性的影响,为类似应用于深水的双体波浪能装置系泊系统的设计提供参考。

    2023年06期 v.41 39-50页 [查看摘要][在线阅读][下载 1841K]
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  • 非对称垂荡式振荡水柱波能转换装置的水动力性能

    鲍锦涛;程一帆;邓争志;叶杨莎;

    为提升波能转换装置的经济竞争力,针对非对称垂荡式振荡水柱(OWC)波能转换装置,基于势流理论和匹配特征函数展开法,通过引入盖根堡多项式近似表征结构尖角附近的流场奇异性行为,深入研究后墙吃水深度(非对称)、墙体厚度和线性弹簧系数对垂荡式OWC装置的波能转换效率、透射系数、气室内平均液面高程等水动力参数的影响规律。研究结果显示,后墙吃水深度及墙体厚度的增加会提升装置在长波区域的高效转换能力,并且显著提高结构物整体阻波防浪性能;线性弹簧的出现,能调节水柱振荡和结构垂荡运动响应之间的相位差,从而有效拓宽垂荡式OWC装置的高效频率带。

    2023年06期 v.41 51-64页 [查看摘要][在线阅读][下载 1332K]
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  • 黏土中隔舱吸力式钢圆筒安装及水平受荷试验研究

    郭伟;王吉轩;任宇晓;张龙;

    近年来大直径钢圆筒结构在离岸人工岛工程中得到应用,如港珠澳大桥人工岛即采用振动下沉的方式安装钢圆筒,该方法对施工条件、装备以及施工控制技术要求较高。提出一种新型隔舱吸力式钢圆筒结构,在钢圆筒内部设置隔舱板,将结构分为上下两个隔舱,通过对下舱抽气实现隔舱吸力式钢圆筒在负压作用下的下沉安装。设计了隔舱吸力式钢圆筒安装及水平承载力模型试验,对比了负压贯入的隔舱吸力式钢圆筒和压力贯入的传统钢圆筒结构的贯入阻力及承载特性,分析了改变隔舱吸力式钢圆筒上下舱高度比L1/L2对其沉贯过程及承载特性的影响。结果表明,采用负压吸力沉贯的隔舱吸力式钢圆筒相比于采用压力贯入的传统钢圆筒结构的贯入阻力减小,水平极限承载力提高。在极限水平荷载作用下,随着隔舱吸力式钢圆筒的L1/L2从2.28减小到1.00、0.56,转动中心位置上移,水平极限承载力及弯矩承载力得到显著提高。

    2023年06期 v.41 65-75页 [查看摘要][在线阅读][下载 1227K]
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  • 集成于海上风电钢管桩基础上的升降式网箱结构波浪场特性研究

    田正林;毛鸿飞;吴光林;赫岩莉;林金波;

    对安装在海上风电钢管桩基础上的升降式网箱结构的波浪场特性进行研究,掌握升降式网箱结构内部及结构后方水体的运动特征及速度场变化情况。基于OpenFOAM软件包开发了波、流与孔隙介质结构相互作用的数值计算模型,将网箱结构按等效阻力简化为多孔介质结构,开展升降式网箱结构的波浪场特性研究。研究结果表明:网箱结构对流体具有一定的阻流作用,网箱结构内部速度场得到一定程度的减小,网箱结构背浪侧也有一定的速度衰减区域;对比网箱结构顶部不同潜深条件下的网箱结构内部流场特征,网箱结构顶部潜深在1/4D~1/2D(D为水深)范围内网箱结构内部流场速度最小、流场最为稳定、速度分布均匀,网箱结构向浪侧前方和背浪侧后方流场波动较小。所得结论表明在钢管桩基础上安装升降式网箱结构时需要关注的网箱结构对流场特性的影响,充分考虑网箱结构阻力对流速的作用,掌握极端工况下升降式网箱结构保持优良养殖环境需要下潜的高度范围,以保障升降式网箱的安全。

    2023年06期 v.41 76-86页 [查看摘要][在线阅读][下载 1432K]
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  • 豪华邮轮耐波性及救生艇砰击载荷特性研究

    张宏绪;张新曙;黄昊;张志恒;

    利用基于三维势流理论的Wasim软件,系统研究了在不同海况下大型豪华邮轮的耐波性能及作用在救生艇上的砰击载荷。首先计算豪华邮轮在规则波和不规则波中的运动响应,分析航速、浪向和海况对豪华邮轮运动响应的影响规律,然后计算救生艇在不同海况下砰击载荷的变化规律,根据变化规律评估救生艇在实际航行中的安全性。结果表明:豪华邮轮运动响应幅值随着航速和海况的增大整体呈增大趋势,规则波中横摇运动响应幅值在浪向90°时最大;当豪华邮轮处于4级和6级海况时救生艇不发生砰击;当豪华邮轮处于8级海况且航速大于10.29 m/s时救生艇发生砰击,为保证救生艇的安全,邮轮应避免在浪向120°和浪向150°下航行,此时建议邮轮以低于12.35 m/s的航速迎浪180°航行。

    2023年06期 v.41 87-99页 [查看摘要][在线阅读][下载 1939K]
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  • 涌浪作用下港内大型集装箱船运动特性数值研究

    严明宇;马小舟;郑振钧;董国海;

    随着船舶大型化和港口建设深水化发展,外海不同周期波浪作用下大型系泊船泊稳问题与小型系泊船相比出现了新的特点。为此,利用数值模型方法研究了在不同入射角度和周期的涌浪作用下港内大型系泊船的水动力响应,针对系泊船的泊稳情况探讨了船舶的运动规律和运动特性。研究发现,在涌浪周期较大的情况下,限定波高的泊稳标准不足以用来确定系泊船的正常作业条件,港内泊船的水平运动(纵荡、横荡和艏摇)极易超出运动标准值并影响装卸作业效率,并且船舶的水平运动表现出主要由次重力波主导的低频运动特性,而垂直运动(垂荡、横摇和纵摇)表现出主要由短波主导的波频运动特性。

    2023年06期 v.41 100-111页 [查看摘要][在线阅读][下载 1358K]
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  • 基于大涡模拟的波状前缘水翼空化抑制研究

    马楷东;曹留帅;万德成;

    为了降低空化造成的水动力性能损失,基于仿生学原理,参考座头鲸鳍肢剖面形状,将前缘波浪构型引入到水翼设计中,研究波状前缘水翼的非定常空化特性,并探究前缘参数改变对空化控制的效果和规律。选用NACA634-021水翼为基准模型,进行前缘参数化重构,设计出3种不同的波状水翼进行对比研究。采用大涡模拟(LES)方法对空化流场进行精细化数值模拟,针对基准水翼和不同波幅与波长参数下的波状水翼开展了空化周期、升阻力系数、压力脉动以及流向涡结构的对比分析。结果发现,波状水翼在抑制空化和降低压力脉动方面都取得了显著效果。其中,3种不同的波状水翼空化抑制率分别为15.7%、18.6%和27.9%,压力脉动幅值分别降低了55.3%、67.3%和74.6%。分析表明,波浪前缘的引入使得空化的分区效应更加凸显,空化从波谷处初生,增大波幅或减小波长都可以加强对空化的抑制效果,并可以提高升力系数以及显著降低水翼表面的压力脉动。前缘波浪构型还将诱发向下游发展的对转涡结构,不同前缘参数的波状水翼涡结构的演化是相似的,空泡发展与溃灭的整个过程对涡结构的发展也具有显著影响。

    2023年06期 v.41 112-123页 [查看摘要][在线阅读][下载 1375K]
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  • 三锚系大型浮标运动响应特性数值研究

    高洋洋;胡阳宁;王立忠;李培良;

    以三锚系浮标系统为研究对象,基于AQWA与OrcaFlex软件开展了三锚系大型浮标系统运动响应特性数值模拟研究。对直径10 m的浮标结构在波浪荷载下的水动力特性进行研究,校核了浮标的初稳性和大倾角稳性特征,计算分析了浮标的附加质量、辐射阻尼、运动响应幅值算子RAO等水动力参数,阐明了不同风、浪、流工况下三锚系浮标与辅助浮筒的运动响应特性,揭示了浮标三锚链导缆孔处锚泊张力随入射角度、波高和周期等的变化规律。研究结果表明:该浮标稳性和随波性能较好。与无浮筒三锚系浮标相比,带辅助浮筒的三锚系浮标系统的运动响应和锚泊张力减小,随着波高和周期增大,三锚系浮标系泊锚链的极端张力值逐渐增大,尤其是在极端海况下,迎浪向锚链极端张力急剧增大。

    2023年06期 v.41 124-138页 [查看摘要][在线阅读][下载 1701K]
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  • 斯里兰卡南部海域次重力波特征研究

    沈侃敏;郑振钧;王滨;姜贞强;董国海;

    次重力波在近岸水动力运动过程中起到重要作用,深入地了解次重力波对预防其引发的近岸灾害有着重要意义。结合波浪现场观测方法和数值模拟方法研究了斯里兰卡南部海域次重力波特征。短波和自由次重力波通过海浪谱模型WAVEWATCH III模拟,而约束次重力波通过二阶非线性理论模拟,数值模拟结果与现场观测结果对比吻合良好。研究结果表明,斯里兰卡南部海域大部分时间以自由次重力波为主;在强涌浪海况下(短波波高大于2.5 m,周期大于15 s)约束次重力波逐渐逼近自由次重力波甚至占主导地位;斯里兰卡大陆架极其狭窄,对涌浪的能量损耗作用极为有限,使得近岸面对强劲的涌浪及其伴生的次重力波的侵袭,增大了次重力波引发近岸水动力灾害的风险。

    2023年06期 v.41 139-147页 [查看摘要][在线阅读][下载 1508K]
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  • 深海能源土含气储层力学特性三轴试验研究

    孔凡玲;王滢;张粮;高盟;吴迪;

    为研究深海能源土在负压开采过程中含气储层的力学特性,基于含气土赋存理论,提出一种能够控制含气量及气泡大小的制样方法,通过GDS标准应力路径三轴试验系统,开展深海能源土含气储层的固结排水试验研究,分析深海能源土在不同黏土含量及不同含气量下的力学响应规律。研究结果表明:围压变化对深海能源土含气储层的抗剪强度峰值大小影响显著,围压越大抗剪强度峰值越高;黏土含量是决定应力应变曲线变化趋势的关键影响因素,黏土含量越高试样抗剪强度越低,试样抵抗应变软化效应的能力越强;含气土比饱和土体承载能力更低,且承载能力随含气量的增大呈衰减趋势;黏土含量和含气量是深海能源土含气储层抗剪强度指标的重要影响因素,黏土含量、含气量越高,土体自身的总抗剪强度值越低。

    2023年06期 v.41 148-157页 [查看摘要][在线阅读][下载 1446K]
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  • 一种基于双通道的水下图像增强卷积神经网络

    王树林;杨建民;卢昌宇;刘路平;

    近年来各国对于海洋生物的保护意识日益强烈,用来监测海洋生物生存状态的水下机器人装备的研发是保护海洋生物资源的关键。水下相机是这类机器人在水下进行海洋生物监测时的光学感知设备。然而水下环境复杂,拍摄到的图像模糊不清,为解决水下图像模糊等问题,提出了一种基于双通道的水下图像增强卷积神经网络。在网络的编码器中采用双通道结构,其中一个通道采用了密集连接和高效通道注意力机制,提取水下图像的细节特征,另一个通道采用多尺度结构,提取原始图像的多尺度语义特征。接着,在网络中引入残差注意力模块和自适应特征融合模块,进一步优化了特征。最后将优化后的特征输入解码器重建出增强后的水下图像。试验表明:提出的网络算法在UIQM指标和Entropy指标上分别为3.005 6和7.654 7,较第二名的算法分别高出0.097 5和0.123 2。

    2023年06期 v.41 158-170页 [查看摘要][在线阅读][下载 1447K]
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  • 致谢《海洋工程》2023年审稿专家

    本刊编辑部;

    <正>~~

    2023年06期 v.41 200页 [查看摘要][在线阅读][下载 536K]
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