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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
弹性液舱内液体晃荡实验研究
蒋梅荣， 任 冰， 温鸿杰， 王永学
(大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室,大连 116023)
摘要:通过物理模型实验，对水平简谐激励下弹性矩形液舱内液体晃荡问题进行了研究。实验中给出了不同液深和不同激励振幅下弹性液舱内液体最低阶固有频率。采用影像采集与分析系统获得液舱内自由液面的形状和高度，通过压力采集系统得到舱壁上的压力分布。实验中分析了不同液深、不同激励频率下弹性和刚性液舱内自由液面高度和晃荡压力的变化特性。比较了弹性和刚性液舱内不同位置处自由液面高度随外界激励频率的变化规律，以及舱壁上不同位置处的压力峰值随外界激励频率的变化规律。结果表明：非共振情况下，弹性和刚性实验结果及理论值三者的波高和压力较为接近。共振情况下，弹性和刚性波高基本相等，在近舱壁处二者明显大于理论值，而在远离舱壁处二者与理论值存在一定差别；弹性压力较刚性压力略小，但二者与理论值差别较大。
关键词:液体晃荡；弹性液舱；波高；晃荡压力
蒋梅荣，任 冰，温鸿杰，王永学. 弹性液舱内液体晃荡实验研究[J].海洋工程，2013，31（5）:1-10

锚泊辅助动力定位系统艏向控制模式研究
邹 刚， 王 磊， 刘翰林
(上海交通大学 海洋工程国家重点实验室, 上海 200240)

摘要: 锚泊辅助动力定位系统是一种将锚泊定位与动力定位结合起来的新型定位方式。对该系统的艏向控制模式进行了研究。在该模式下，控制系统将只对平台的艏向运动施加约束。同时对平台在该模式下的定位进行了时域模拟，并与锚泊定位和水平面三自由度均施加约束的全定位模式进行了对比。结果表明，在一般海况下，相比锚泊定位，该定位模式能显著提高平台的艏摇控制精度；相比全定位模式，该定位模式消耗的功率更小、更经济。艏向控制模式是锚泊辅助动力定位系统的一种工作模式，在相应海况条件下采取该定位模式，能够实现精确和经济的定位。
关键词: 锚泊辅助动力定位；控制系统；艏向控制模式；时域模拟
邹 刚，王 磊，刘翰林.锚泊辅助动力定位系统艏向控制模式研究[J].海洋工程，2013，31（5）:11-17

沙箱对桩腿耦合装置的影响研究
刘丽红1，刘锦昆2，蒋习民2，王德禹1
1.上海交通大学 海洋工程国家重点实验室， 上海 200240； 2.胜利油田勘察设计研究院有限公司，东营 257026)
摘要:桩腿耦合装置(简称LMU) 在平台浮托安装过程中上部组块插尖与导管架桩管对接期间起缓冲作用，是海上浮装的最重要装置之一。运用非线性有限元软件ABAQUS，对相同尺寸、受相同垂向载荷作用的有沙箱和无沙箱的LMU分别进行了显式准静态和动态数值模拟，并将计算结果进行对比，以考察沙箱对LMU力学特性的影响。结果表明，与无沙箱的LMU相比，有沙箱的LMU能够承受较大的外载荷作用，可提升外套筒钢材的使用效率，较迅速地降低载荷转移作业过程中整个平台的运动速度，提高平台浮托安装过程中能量吸收速率，并且能减小LMU在动态过程中的最大应力。
关键词:桩腿耦合装置；沙箱；准静态分析；动态分析
刘丽红，刘锦昆，蒋习民，王德禹. 沙箱对桩腿耦合装置的影响研究[J].海洋工程，2013，31（5）:18-24

畸形波作用下四立柱张力腿平台动力响应研究
谷家扬1, 2，吕海宁1，杨建民1
(1.上海交通大学 海洋工程国家重点试验室，上海 200240； 2.江苏科技大学 船舶与海洋工程学院，镇江 212003)
摘要: 介绍了畸形波生成的方法并对各种线性合成畸形波的效率进行了对比。选用改进的随机波加瞬态波的方法模拟强非线性波——“新年波”的波形。采用微元法对张力腿平台的立柱和浮筒进行离散，编制程序对张力腿平台在强非线性波作用下的耦合动力响应进行了数值模拟，重点比较分析了张力腿平台在随机波及畸形波中所受波浪力、平台动力响应、系泊系统张力特性及浪向角对平台运动的影响。研究表明：在“新年波”作用下，0°浪向时，平台在x和z方向所受波浪力较随机波增长了约1/4，纵荡、垂荡及纵摇响应值分别增加了33%，38%和12%，张力腿张力幅值增加约20%，位于平台四角的张力腿张力有所差异，相邻两根张力腿的张力差别不大，浪向角对平台运动响应、张力腿张力的影响畸形波大于随机波的作用。为今后考虑强非线性波浪影响时张力腿平台的设计提供了借鉴和参考。
关键词:张力腿平台；非线性动力响应；随机波；畸形波
谷家扬，吕海宁，杨建民. 畸形波作用下四立柱张力腿平台动力响应研究[J].海洋工程，2013，31（5）:25-36

时域内规则波作用下竖直板的水弹性响应
范从军， 梁书秀， 孙昭晨
(大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室，大连 116024)
摘要:在线性势流理论下，采用模态叠加法，通过傅里叶变换和拉普拉斯变换推导了波浪冲击作用下弹性板振动的时域耦合方程，并利用二阶隐式荣格库塔法求解。在对比得知与其他方法结果完全吻合基础上，分析了竖直板初始弯曲释放后，板的边界条件和刚度系数对板振幅以及辐射波高的作用，最后对入射波长对板的振动及辐射波高影响进行了研究。结果表明板的刚度和边界条件对水弹性响应有很大的影响。
关键词:模态叠加；竖直板；波浪冲击；水弹性响应;规则波
范从军，梁书秀，孙昭晨.时域内规则波作用下竖直板的水弹性响应[J].海洋工程，2013，31（5）:37-44

非结构化网格下大范围波生流模拟和应用
王 平， 张宁川
(大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室，大连 116024)
摘要:波浪破碎引起的沿岸流是近岸海域的关键水动力因素。利用基于缓坡方程得到的光程函数方程和波作用守恒方程建立了考虑绕射效应的大范围波浪传播模型，模型可以考虑流场的影响；将波浪模型计算得到的辐射应力、波浪紊动系数等参数添加到三维水动力模型中，得到大范围近岸波生流的计算模型。模型中流场和波浪可以共用计算网格，且可同步耦合计算；模型基于非结构化网格，可以拟合复杂岸线的变化。模型对波生沿岸流、环流和逆流进行了验证，同时对实际海域的波生流进行了计算，结果表明：该模型对近岸波浪破碎引起的波生流具有很好的精度和适用性，可用于实际工程的计算。
关键词:波生流；非结构化网格；缓坡方程；大范围；同步耦合
王 平，张宁川.非结构化网格下大范围波生流模拟和应用[J].海洋工程，2013，31（5）:45-54

入海河口闸下河道泥沙淤积危害评估研究
高祥宇，窦希萍，朱明成
(南京水利科学研究院 河流海岸研究所，南京 210029)
摘要:入海河口闸下河道淤积会带来防洪排涝安全问题、影响上游的排灌环境、恶化下游的通航条件、威胁水闸的正常运行等，本文主要针对其增大防洪排涝灾害风险进行探讨。首先介绍了海河流域主要入海河口和苏北里下四港闸下河道的淤积情况和排水能力的变化，然后根据闸下淤积影响因子、洪涝灾害发生频率和抗灾能力等指数建立了风险评估体系，以海河流域和江苏里下四河为例，划分闸下淤积危害为五级，分别为极轻危害、轻危害、中危害、较重危害和重危害。计算分析表明：海河流域的海河闸和永定河闸闸下河道淤积为较重危害，泥沙淤积为严重淤积；独流减河闸下淤积为中危害，泥沙淤积为相对严重淤积。江苏里下四河的射阳河闸和黄沙港闸闸下淤积为较重危害，泥沙淤积为严重淤积；新洋港闸和斗龙港闸闸下淤积为中危害，泥沙淤积为相对严重淤积。
关键词:泥沙淤积；危害评估；入海河口；闸下河道
高祥宇，窦希萍，朱明成. 入海河口闸下河道泥沙淤积危害评估研究[J].海洋工程，2013，31（5）:55-61

环境激励下高桩码头模态参数识别及损伤诊断
孙熙平1,2， 王元战1，赵炳皓3
(1.天津大学 天津市港口与海洋工程重点试验室，天津 300072；2.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； 3.天津大学，天津 300072)
摘要:高桩码头在长期使用过程中结构损伤是普遍存在的问题，有效检测结构损伤特别是隐蔽性部位对保证码头安全运营具有重要作用。利用NExT-ERA模态参数识别算法和模态应变能损伤定位原理，编制模态参数识别和损伤诊断程序。通过数值算例分析，验证环境激励下高桩码头排架基于模态参数识别及模态应变能进行损伤诊断的可行性和准确性。研究结果表明：NExT-ERA模态识别方法能较精确识别出高桩码头排架的动力参数；模态应变能变化率作为损伤诊断指标对损伤单元有较强的敏感性，能够识别出高桩码头不同工况下的损伤。
关键词:环境激励；高桩码头；模态识别；模态应变能；损伤诊断 
孙熙平，王元战，赵炳皓. 环境激励下高桩码头模态参数识别及损伤诊断[J].海洋工程，2013，31（5）:62-68

海底沉积物声学参数相对量测量技术
王卫伟1，龙建军1，李赶先2
(1.广东工业大学 机电工程学院, 广州 510006; 2.中国科学院 南海海洋研究所,广州 510301)
摘要:针对目前海底沉积物声学特性普遍采用的绝对量测量方法的不足，提出了一种通过相对量来测量海底沉积物声学特性的新方法。并基于本测量方法原理设计了以声波探针为传感器、复杂可编程逻辑器件为核心的多通道声信号测量系统。本系统可发射单个、几个和连续的正弦波或脉冲波，且可在小频率范围内进行扫频。既可测量小距离（如一个波长以内）海底沉积物声波参数，又可测量长距离（如100个波长以上）海底沉积物声波参数。用本系统测量了一批海底沉积物样品，通过实验验证了测量系统的有效性。
关键词:相对量测量法；数模转换器；声学特性；海底沉积物
王卫伟，龙建军，李赶先. 海底沉积物声学参数相对量测量技术[J].海洋工程，2013，31（5）: 69-74

新型深水天然气水合物保真筒保压特性研究
安 莉1，程 烨1，秦华伟2，俞祖英3，叶瑛1，徐著华3，王 平3
(1.浙江大学 海洋学院，杭州 310058；2.杭州电子科技大学 机械电子工程研究所，杭州 310018； 3.四川海洋特种技术研究所，成都 610000)
摘要:为解决国内现有天然气水合物采样器无法实现大深度保真取样的问题，提出一种配套气垫式保真筒的深海天然气水合物采样器，并以气垫式保真筒的保压特性作为研究重点。在考虑采样过程中样品自身体积膨胀因素的基础上，建立了不含气垫保真筒和气垫式保真筒的数学模型，并通过仿真计算，对不含气垫保真筒和气垫式保真筒的保压特性进行了分析。实验结果表明基于样品自身体积膨胀的不含气垫的保真筒和气垫式保真筒保压特性理论研究是正确的，同时，也表明气垫式保真筒具有良好的保压性能，极具开发价值。
关键词:天然气水合物 ；深海；采样器；保真筒；保压特性
安 莉，程 烨，秦华伟，俞祖英，叶 瑛，徐著华，王 平. 新型深水天然气水合物保真筒保压特性研究[J].海洋工程，2013，31（5）:75-81

一种浮摆式波能发电装置摆板运动响应的数值模拟
曲泉铀1,2,3, 何宏舟1,2,3,李 晖1,2,3
(1.集美大学 福建省能源清洁利用与开发重点实验室，厦门 361021；2.集美大学 福建省清洁燃烧与能源高效利用工程技术研究中心,厦门 361021； 3.集美大学 机械与能源工程学院,厦门 361021)
摘要:海况是影响波浪能发电装置运行效率的因素之一。以浮摆式波能发电装置为基础，描述了其中摆板系统的收集原理；并基于AQWA(advanced quantitive wave analysis)水动力学计算软件，仿真计算了三种波况下各摆板的运动响应，发现波向为45°角是摆板系统的最佳运行角度；当波高不超过0.6 m时，摆板的运动状态较易趋于平衡。另外,提出了一种估算摆板采集波能的平均转换效率的方法，并基于相关拟合函数软件，计算了5种较理想波况下摆板采集波能的平均能量转换效率，结果发现,波浪的周期和波高越大，摆板的波能采集效率越低。
关键词:波浪发电;浮摆式装置;摆板;波能采集;转换效率
曲泉铀,何宏舟,李 晖.一种浮摆式波能发电装置摆板运动响应的数值模拟[J].海洋工程，2013，31（5）:82-88

大容量舱容积计量的快速测量新方法
时永鹏， 胡铁牛
(上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院， 上海200240)
摘要:针对不断大型化和多样化的船舶与海洋结构物舱室，为适应其舱容测量需求,借鉴传统的容量比较法和几何测量法，提出了一种新的高效、准确、适用性强的舱容测量方法。新测量方法采用间接积分计算舱容思路，包含实验与计算两个部分；实验中标准容器注水和未知体积大量注水交替进行，再将实验数据转化为可以描述舱容变化趋势的水线面积数据；计算部分基于水线面积数据、采用收敛性较好的样条插值方法得到近似水线面积曲线，并进一步积分得到测量舱容曲线。通过算例验证，相对于传统测量方法，该方法可以更方便、高效地完成大容量舱的容积测量，同时具有很高精度；并可根据舱体特点灵活安排测量方案，更好地解决测量效率与精度间的矛盾。关键词:大容量舱；容积计量；容量比较法；注水实验；插值型求积法
时永鹏，胡铁牛.大容量舱容积计量的快速测量新方法[J].海洋工程，2013，31（5）:89-95

板格形导管架桩基码头稳定性简化计算方法
张连丽1，2，王元战1，2，陈飞3
(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天津市港口与海岸工程重点实验室，天津300072； 3.交通运输部规划研究院，北京 100028)
摘要:板格形导管架桩基码头是适用于深水域软土地基的新型港口与海岸工程结构。该结构由预制的板格形导管架及桩基构成，承载特性和破坏模式复杂。假定码头结构发生倾覆失稳时，转动点位于前桩轴线上，且距导管架底面距离为L。除结构的自身重量外，综合考虑板格形导管架与周围土体间的摩擦力、桩侧摩阻力、桩侧水平土抗力等，对结构进行极限状态受力分析，建立基于假想支撑点的稳定性分析模型，并通过强度折减法进行计算，求取安全系数。以天津滨海沿岸水文地质条件为背景，利用ABAQUS有限元分析软件，建立板格形导管架桩基码头三维弹塑性有限元模型进行稳定性分析，并与简化方法进行比较。结果表明，通过简化计算方法得到的安全系数与有限元结果较为吻合。
关键词:板格形导管架；强度折减法；失稳模式；稳定性；简化计算
张连丽，王元战，陈飞. 板格形导管架桩基码头稳定性简化计算方法[J].海洋工程，2013，31（5）:96-102

海底埋设高温管道隆起屈曲数值模拟研究
车小玉1，段梦兰1,2，曾霞光2，谭双妮2，庞熠骞1
(1.复旦大学 力学与工程科学系，上海 200433；2 中国石油大学（北京） 机械与储运工程学院，北京 102249)
摘要:高温是引发海底管道整体屈曲失效的主要因素，而海床上存在的局部隆起使得高温埋设管道更加容易发生隆起屈曲。这里重点研究海底埋设高温管道发生隆起屈曲的临界温度载荷及其影响因素，提出了一种简化的数值模拟分析模型，同已有的相关实验结果比较表明，本方法可以较好地近似计算高温管道的隆起屈曲。基于本方法开展的参数分析，得到了管道覆土高度、混凝土配重层厚度、海床不平整对海底高温管道发生隆起屈曲的影响趋势。
关键词:海底管道；隆起屈曲；临界温度；参数分析
车小玉，段梦兰，曾霞光，谭双妮，庞熠骞.海底埋设高温管道隆起屈曲数值模拟研究[J].海洋工程，2013，31（5）:103-111

自升式钻井平台中高压管道应力分析
徐红梅，韩华伟，杜之富
(烟台中集来福士海洋工程有限公司，烟台 264000)
摘要:高压泥浆系统是自升式钻井平台中的重要系统，对维持生产作业、保证平台的安全具有极为重要的意义。作为一个高性能，高应力系统，对高压泥浆系统进行应力分析以便对管线系统的布置、支吊架位置和结构进行评估是很有必要的。鉴于此，从分析理论、参考标准、分析工具和校核工况组合等多个方面进行探讨，计算该高压泥浆系统的一次应力和二次应力，法兰的强度以及模态分析，得到合理的管路布置，探索出自升式钻井平台中高压泥浆系统应力分析的可行方法。
关键词:自升式钻井平台；高压泥浆系统；应力分析；模态分析
徐红梅，韩华伟，杜之富.自升式钻井平台中高压管道应力分析[J].海洋工程，2013，31（5）:112-116

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