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《海洋工程》2013年第4期摘要_南京水利科学研究院版

南京水利科学研究院版 免费考研网/2018-05-14
改进的波流相互作用Boussinesq方程
胡鹏程，邹志利，房克照
（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：对于波流相互作用的Boussinesq方程，为了考虑水流作用所引起的平均水面变化，通过引入新的计算速度，使方程色散关系中的水深为考虑水流影响后的实际水深，并使方程色散精度达到了Padé[4，4]。通过计算潜堤强水流和裂流两种背景水流流场情况下的波浪运动特征，验证了该模型和数值方法的正确性。
关键词：Boussinesq方程；波流相互作用；潜堤强水流；裂流
胡鹏程，邹志利，房克照. 改进的波流相互作用Boussinesq方程[J].海洋工程，2013，31（4）:1-9.

粘土中张紧式吸力锚破坏模式与承载特性有限元分析
刘晶磊１，２，王建华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．天津大学岩土工程研究所，天津 300072）
摘　要：对利用有限元计算分析张紧式吸力锚承载力的方法进行了研究，结果表明：锚土之间接触特性的描述取决于锚的破坏模式；当锚为竖向破坏时，采用临界剪应力摩擦模型描述锚土间接触是恰当的；当锚为水平破坏时，采用库伦摩擦模型描述锚土间接触是恰当的。计算中若采用基于Mises屈服准则的理想弹塑性本构关系描述软土的不排水应力应变特性，且按位移标准确定极限承载力，则弹性模量的取值对确定软土中吸力锚承载力有影响且取决于锚的破坏模式；当锚发生竖向破坏时，弹性模量按约150倍的不排水强度取值是恰当的；当锚发生水平破坏时，弹性模量按约75倍的不排水强度取值是恰当的。探讨了依据软粘土循环强度利用拟静力弹塑性有限元计算，估算平均荷载与循环荷载共同作用下吸力锚平均位移变化趋势的可行性，计算与模型试验结果比较说明，计算得出的拟静力荷载位移曲线能够对锚实际平均位移的变化趋势给出一个恰当的估计。
关键词：粘土；吸力锚；破坏模式；循环强度；承载力
刘晶磊，王建华. 粘土中张紧式吸力锚破坏模式与承载特性有限元分析[J].海洋工程，2013，31（4）:10-20.

波浪作用下带月池结构船体运动数值预报
孙采微，杨建民，吕海宁
（上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海 200240）
摘　要：流体在月池内发生共振时，有可能给船舶带来多种危险。建立基于N-S方程和VOF法的三维数值波浪水池，通过实现船体与波浪的耦合运动，对月池内流体发生活塞运动共振情况下的船体运动做出了数值预报，研究了船体运动和月池内流体运动的相互影响。通过与无月池结构船体运动对比，得到了共振情况下月池内流体活塞运动会增大船体垂荡运动的结论；通过与船体静止情况下月池内流体运动的对比，得到了船体运动会增大月池内流体活塞运动的结论。另外还研究了月池内的流场变化，以研究月池振荡的机理。
关键词：月池；数值波浪水池；数值模拟；VOF法，船体运动
孙采微，杨建民，吕海宁. 波浪作用下带月池结构船体运动数值预报[J].海洋工程，2013，31（4）:21-29.

基于构造矩阵零空间的动力定位系统推力分配方法
王 莹，谌栋梁，谢 颖，张 园
（上海振华重工（集团）股份有限公司，上海 200125）
摘　要：在动力定位系统中，推力分配方法是联系运动控制算法和执行机构的纽带，具有十分重要的意义。回顾目前用于海洋工程船舶动力定位系统的主要推力分配算法，针对动力定位系统中常见的过驱动推力分配问题提出了一种基于船舶推进器构造矩阵零空间的分配算法。该方法将构造矩阵分解为基空间和零空间，目标推力可以由基空间保证；零空间向量并不影响总的目标推力，但影响单台推进器的推力，目标函数可以在零空间上优化。并将这一算法应用于某一工程船的动力定位仿真模拟，对该算法进行了验证。
关键词：推力分配；动力定位；零空间；约束条件
王 莹，谌栋梁，谢 颖，张 园. 基于构造矩阵零空间的动力定位系统推力分配方法[J].海洋工程，2013，31（4）:30-36.

梳状防波堤上波浪反射
傅朝方１，朱大同２
（１．东南大学华宁工程咨询监理公司，江苏南京 210018；２．东南大学东南交通监理咨询公司，江苏南京 210018）
摘　要：对梳状沉箱防波堤的波浪反射特征进行研究。在对梳状沉箱防波堤非线性消耗波能机理分析基础上，采用阻抗分析方法，导出一组所有参数都是事先知道的、完全封闭的波反射系数公式。
关键词：平面波；梳式堤；波浪反射系数；流阻
傅朝方，朱大同.梳状防波堤上波浪反射[J].海洋工程，2013，31（4）:37-41.

内孤立波过山脊地形演化实验研究
赵国君１，邵利民１，陈 旭２
（１.海军大连舰艇学院军事海洋系，辽宁大连 116018；２.中国海洋大学物理海洋教育部重点实验室，山东青岛 266003）
摘　要：通过模型实验，研究了下沉型内孤立波通过山脊地形演化特征。实验以三角形障碍物模拟海底山脊地形，采用两种密度的分层水，对上层流体和下层流体的高度比、密度等进行了量化处理。实验研究表明：KdV理论波形可较好模拟本次实验内孤立波波形，但随着内孤立波振幅的增大，误差增加；在内孤立波与障碍物微量作用、中度作用和破波作用三种程度的相互作用中，内孤立波过障碍物具有不同的波形变化和主波能量衰减率。
关键词：内孤立波；障碍物；演化；相互作用；能量衰减率
赵国君，邵利民，陈 旭. 内孤立波过山脊地形演化实验研[J].海洋工程，2013，31（4）:42-47.

水位波动对临海重力式挡墙基坑稳定性的影响
应宏伟１，２，聂文峰１，２，王啟铜３，程 勇４
（１．浙江大学建筑工程学院，浙江杭州 310058；２．浙江大学软弱土与环境土工教育部重点实验室，浙江杭州 310058；３．港珠澳大桥珠海侧接线项目管理处，广东中山 528467；４．中交第二公路勘察设计研究院有限公司，湖北武汉 430056）
摘　要：近年来临海（江）建设的地下工程逐渐增多，与常规静水补给条件下的基坑工程相比，受波浪、潮汐等动水作用影响的基坑可能展现出不同的性状，对该类水力条件下基坑响应问题的研究具有重要的工程意义。依托港珠澳大桥珠海连接线拱北隧道海域段基坑工程，采用PLAXIS软件对波浪、潮汐作用下重力式挡墙两侧的水土压力、基坑的稳定性进行了探讨分析。结果表明，对于均质砂质地基上的重力式挡墙，当基坑距防波堤一定距离时，波浪对其稳定性的影响可以忽略不计；潮汐在海床和基坑中的传播有滞后效应，当潮汐为最高潮位时，基坑并非处于最危险状态；潮汐作用下临海重力式挡墙基坑的稳定性可以通过拟静水位法近似分析。
关键词：水位波动；重力式挡墙基坑；孔压；土压力；稳定性
应宏伟，聂文峰，王啟铜，程 勇.水位波动对临海重力式挡墙基坑稳定性的影响[J].海洋工程，2013，31（4）:48-54.

珠江河口底边界层憩流动力特征
刘 欢１，２，吴加学１，２，武亚菊３
（１．中山大学近岸海洋科学与技术研究中心，广东广州 510275；２．中山大学海洋学院，广东广州 510275；３珠江水利科学研究院，广东广州 510611）
摘　要：通过在珠江黄茅海河口进行的25 h定点连续观测，分析了潮流底边界层在憩流时刻的动力特征。结果表明，憩流期非恒定性增强，改变了平均流和湍流结构。主要表现：１）平均流结构出现三种不同类型，分别是对数分布（摩擦力主导）、垂向均匀分布（惯性主导）和过渡状态（摩擦力和惯性力平衡）；２）湍流各向异性增强，湍谱惯性子区带宽减小。各湍流特征参数在转流时刻达到最小值，表明惯性作用抑制了湍流的发育。
关键词：底边界层；憩流；动力结构；珠江河口
刘 欢，吴加学，武亚菊.珠江河口底边界层憩流动力特征[J].海洋工程，2013，31（4）:55-61.

船舶管线隔振支座布局几何优化设计方法
马 涛１，杨德庆１，林新志２
（１．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，上海 200030；２．中国船舶重工集团公司第七二五研究所，河南洛阳 471039）
摘　要：海洋工程船舶管线隔振支座布局直接影响到管线整体的结构性能和经济性。在船舶管线隔振支座布局优化规范设计法的基础上，进一步提出了隔振支座布局几何优化设计模型与方法。该方法假定支座总数目，采用迭代优化算法求解，通过确定各支座的几何位置坐标实现布局优化。该迭代算法依据约束条件的满足情况及变步长的临界间距值来确定支座数量的减少与增加，最终得到较优的支座数目及间距。以应用于某舰艇的二维管道为例，用该方法对其隔振支座布局进行优化设计，并将不同目标函数下的优化结果同规范设计法所得结果进行了对比。比较结果表明，该模型与方法具有较好的可行性与稳定性。
关键词：管线；支座；布局优化；隔振；船舶
马 涛，杨德庆，林新志. 船舶管线隔振支座布局几何优化设计方法[J].海洋工程，2013，31（4）:62-67.

连续破冰模式下破冰船的冰力研究
王钰涵，李 辉，任慧龙，单鹏昊
（哈尔滨工程大学船舶工程学院，黑龙江哈尔滨 150001）
摘　要：由于破冰船航行区域及工作任务的特殊性，对于海冰与船体的相互作用越来越受到重视。在一定理想化假设的基础上对破冰船在直行情况下的连续破冰模式运用数值方法进行模拟，然后得到破冰船破冰过程中的冰力时历曲线，并分析了相关破冰参数对连续破冰作用下破冰形状及平均冰力的影响程度。模拟结果表明：冰厚、破冰速度与离散间隔都对破冰半径和冰力有一定的影响；而冰厚则是影响破冰形状及冰力最为关键的因素；得到的连续破冰形状基本符合实际，可以为后续研究破冰船在冰区航行时的运动及破冰能力提供基础。
关键词：破冰船；冰力；连续破冰模式；破冰参数
王钰涵，李 辉，任慧龙，单鹏昊. 连续破冰模式下破冰船的冰力研究[J].海洋工程，2013，31（4）:68-73.

钢悬链线立管与海底相互作用弹性基础梁模拟方法研究
孟庆飞，黄维平
（中国海洋大学山东省海洋工程重点实验室，山东青岛 266100）
摘　要：采用弹性基础梁模型，模拟钢悬链线立管（steel ctenary riser，SCR）与海床土的相互作用，推导了弹性基础梁模型的有限元公式，基于该模型编制了钢悬链式立管的动力分析程序，在此基础上，分析了在浮体运动及环境载荷作用下，钢悬链线立管触地点区域的动力响应特征，并与弹簧支撑模型进行了比较。研究表明，弹性基础梁模型对单元长度的敏感性较低，可采用较长的单元，从而减少计算量。
关键词：弹性基础梁；钢悬连线立管；海床；触地点
孟庆飞，黄维平. 钢悬链线立管与海底相互作用弹性基础梁模拟方法研究[J].海洋工程，2013，31（4）:74-78.

深水管道Ｓ型铺设托管架基本设计分析
张向锋，岳前进，张文首，谢 鹏，梁 辉
（大连理工大学运载工程与力学学部工业装备结构分析国家重点实验室，辽宁大连 116024）
摘　要：将上弯段管道依照托辊分布划分为若干对称微段，通过微分求解，结合设计规范，得到了托管架几何参数：托管架弧长、曲率半径、托辊长度及间距设计的控制方程；分析发现，托管架最大曲率由两部分组成：托管架整体曲率和托辊处局部曲率，分别由托管架几何参数和托辊参数控制；通过对比商业软件计算结果及现有托管架结构设计参数，证明了结论的正确性及有效性。控制方程表达简单，易为工程设计人员掌握。
关键词：深水；管道铺设；S-lay；托管架；J-lay
张向锋，岳前进，张文首，谢 鹏，梁 辉. 深水管道Ｓ型铺设托管架基本设计分析[J].海洋工程，2013，31（4）:79-82.

灌河口潮汐不对称数值模拟研究
李谊纯，董德信
（广西科学院广西近海海洋环境科学重点实验室，广西南宁 530007）
摘　要：建立灌河口平面二维潮流数字模型，并在灌河口口门至陈家港河段沿程布置５个采样点和３个横向断面，通过对各采样点一个月数值模拟结果进行调和分析，得出灌河口Ｍ２分潮及其主要倍潮的基本特征，然后利用潮位流速关系图及通过对动量方程中各项的统计计算，研究了灌河口潮波运动的基本动力平衡、Ｍ２的主要倍潮的产生机制及其对潮汐不对称现象的影响。研究认为：灌河口潮汐潮流均属正规半日潮型。Ｍ４、Ｍ６分潮对于灌河口潮波变形有着重要的影响，Ｍ８分潮除在浅滩处外对潮汐不对称的影响很小。在深槽处Ｍ４分潮导致最大落（涨）潮流速减小（增大），最大涨（落）潮流速与最高（低）潮位之间的相位差增大。Ｍ６分潮的影响与Ｍ４基本一致，但其作用明显小于Ｍ４分潮。在浅滩处Ｍ４分潮导致最大涨落潮流速均大于Ｍ２分潮的值，Ｍ６和Ｍ８分潮使最大涨落潮流速均出现在高潮位附近，但Ｍ６、Ｍ８使最大涨潮流速减小，而使最大落潮流速增大。外海边界处倍潮波的传入对于口门附近的潮汐不对称有一定影响。Ｍ４和Ｍ６分潮导致灌河口的潮汐不对称表现为涨潮主导型，潮波运动主要受到压强梯度力、非线性对流和底摩擦力，三者与局地惯性力构成灌河口的基本动力平衡，摩擦力并不是最重要的作用力。
关键词：灌河口；潮汐不对称；倍潮；潮波运动
李谊纯，董德信. 灌河口潮汐不对称数值模拟研究[J].海洋工程，2013，31（4）:83-89.

基于优化设计理论的高桩码头结构振动有限元模型修正
张 强，韩 阳，张 干
（交通运输部天津水运工程科学研究所水工构造物检测、诊断与加固技术交通行业重点实验室，天津 300456）
摘　要：高桩码头是码头建筑物中应用最广泛的结构形式，利用高桩码头物理模型振动测试结果对码头结构有限元模型的修正进行研究。以结构特征灵敏度分析为基础进行了基于优化理论的有限元模型修正。修正后的有限元模型动力特性更趋近于实测值，同时为高桩码头结构的动力响应分析、损伤诊断和整体性评估提供基准。
关键词：高桩码头；灵敏度分析；优化理论；有限元模型修正
张 强，韩 阳，张 干. 基于优化设计理论的高桩码头结构振动有限元模型修正[J].海洋工程，2013，31（4）:90-94.

典型圆筒码头结构安全性检测评估研究
吴友仁１，２，赵 娟１，２，陈文敏３，谭德银１，２
（１．中交四航工程研究院有限公司，广东广州 510230；２．水运构造物耐久性技术交通行业重点实验室，广东广州 510230；３．中交第四航务工程勘察设计院有限公司，广东广州 510230）
摘　要：针对圆筒码头结构特点，在现场检测和结构安全性评估方面进行了研究，然后结合一种特殊圆筒码头结构实例进行了现场检测和结构安全评估介绍。研究发现，该特殊圆筒码头结构与一般的重力式码头和高桩码头结构有较大不同，在进行结构检测时应专门制定检测方案；结构安全性评估时应重点对结构倾覆、结构滑移及重要构件进行安全计算，以确保结构安全。
关键词：圆筒码头；现场检测；结构安全评估
吴友仁，赵 娟，陈文敏，谭德银. 典型圆筒码头结构安全性检测评估研究[J].海洋工程，2013，31（4）:95-99.

海底管道止屈器形式与设计方法研究概述
余建星，马维林，陈飞宇，林秋雅，刘见德
（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：海底管道的屈曲传播特性对于其整体安全性是极其不利的，一旦发生屈曲传播，会使整个海底管道结构发生失效破坏，为了解决屈曲传播问题同时兼顾经济性的考虑，可以在海底管道上安装止屈器。通过对国外已有止屈器资料的广泛深入调研，首先对止屈器的主要形式进行了总结和对比分析，然后对止屈器的设计方法和流程进行了简要总结。为我国深水海底管道铺设过程中止屈器的选择和设计提供有益的参考。
关键词：海底管道；屈曲传播；止屈器；止屈效率
余建星，马维林，陈飞宇，林秋雅，刘见德.海底管道止屈器形式与设计方法研究概述[J].海洋工程，2013，31（4）:1-8.
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