有限深两层流体内孤立波非线性数值模拟入口边界条件研究
王 旭，尤云祥，黄文昊
(上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海 200240)
摘要: 基于有限深两层流体KdV(Korteweg de Vries)、eKdV(extended KdV)和MCC(Miyata Choi Camassa)理论，以内孤立波诱导上下层深度平均水平速度为入口边界条件，采用理想流体完全非线性欧拉方程，建立了两层流体中内孤立波生成的CFD(Computational Fluid Dynamics)数值模拟方法。以系列数值模拟结果为依据，结合内孤立波非线性和色散参数的组合条件，给出了选择合适内孤立波理论解作为CFD数值模拟入口边界条件的方法，从而实现了振幅与波形可控的内孤立波完全非线性数值模拟。
关键词:两层流体；内孤立波；入口边界条件；数值模拟
王旭，尤云祥，黄文昊. 有限深两层流体内孤立波非线性数值模拟入口边界条件研究[J].海洋工程，2014，32（2）:1-12.

四柱结构波浪绕射模型试验研究
丛培文，滕 斌，章 康，黄一凡，勾 莹
（大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁 大连 116024）
摘要:张力腿平台的支撑结构由四根直立圆柱构成，四根支撑圆柱周围波面高度的计算对张力腿平台结构安全以及气隙设计具有重要意义。采用模型试验的方法对四柱结构的波浪绕射问题进行研究。试验中对柱体附近多个位置处的波面高度进行测量，通过对测量数据的统计分析，得到一阶和二阶水面波高分量幅值。为了验证绕射理论在计算波面高度上的适用性，试验结果与数值模拟结果进行了对比。通过对比发现，即使波陡较大的情况下二阶绕射理论也可以很好地对波面高度进行模拟。同时，对发生在多柱结构内部的重要近场干涉现象也进行了观测。在特定的入射频率下，试验中观测到四柱结构内部流体发生明显的共振运动。
关键词:四柱结构；波面高度；二阶绕射；近场干涉；海洋平台
丛培文，滕斌，章 康，黄一凡，勾 莹. 四柱结构波浪绕射模型试验研究[J].海洋工程，2014，32（2）:13-23.

靠球减震系统在导管架平台中的应用
王梦川¹，杨树耕¹，唐友刚¹，陈涛²，王宁³，张建勇³
（1. 天津大学 水利仿真重点实验室，天津 300072； 2.中海石油（中国）有限公司 垦利项目组，天津 300457； 3.中海油能源发展油建分公司 工程设计研发中心，天津 300452）
摘要:导管架生产储油平台在油轮靠泊和外输期间，如遇风浪天气，平台的晃动非常明显，为此引入橡胶靠球减震系统。运用ANSYS有限元分析软件，建立导管架生产储油平台的真实有限元模型，计算平台在靠船碰撞力和波浪力共同作用下平台关键点位置应力变化及振动响应过程，为靠球减震系统在实际工程中应用提供理论依据。
关键词:导管架平台；碰撞力；动力响应；动力分析
王梦川，杨树耕，唐友刚，陈 涛，王 宁，张建勇. 靠球减震系统在导管架平台中的应用[J].海洋工程，2014，32（2）:24-29.

桩—筒组合基础在单层黏土中水平承载性能分析
丁红岩^1,2,3, 胡彩清², 张浦阳^1,2, 朱东剑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. 天津大学建筑工程学院, 天津 300072； 3. 滨海土木工程结构与安全教育部重点实验室(天津大学)，天津300072）
摘要:桩筒组合基础是将单桩基础与筒型基础组合的一种新型海上风电基础形式，其受力模式不同于传统桩基基础，优点是可通过合理减小桩长、桩壁厚等途径提高承载性能。基于极限地基反力法，提出单层黏土中桩筒组合基础受力模式及水平承载力的计算方法。利用力加载和位移加载两种控制方法进行数值分析，研究水平承载性能的影响因素。结果表明，在一定范围内，桩筒组合基础水平承载性能随桩入土深度、桩壁厚、筒外径的增大而提高。基于实际工程，对等用钢量的单桩基础与组合基础进行比较计算，结果表明，桩筒组合基础可有效降低基础倾斜度和位移，提高承载性能。
关键词:桩筒组合基础；水平承载性能；理论分析；有限元分析
丁红岩, 胡彩清, 张浦阳, 朱东剑. 桩—筒组合基础在单层黏土中水平承载性能分析[J].海洋工程，2014，32（2）:30-37.

无粘性土中桩基水平非线性地基反力系数研究
孙永鑫^1,2，朱斌^1,2，陈仁朋^1,2，杨永垚^1,2，熊根^1,2



（1.软弱土与环境土工教育部重点实验室,浙江 杭州 310058； 2.浙江大学岩土工程研究所,浙江 杭州 310058）
摘要:非线性地基反力系数法是分析近海桩基水平大变形性状的有效途径。针对我国近海广泛分布的粉土和砂土地基，建立了无粘性土中桩基非线性地基反力系数与桩基径向土压力之间的关系，据此基于物理模型试验和现场试验结果获得了粉土和砂土地基反力系数与桩径和桩身变位之间的非线性关系，为桩基水平受力大变形分析提供了简单有效的方法，适用于不同直径桩基的计算，得到了桩基物理模型试验和现场试验结果的验证。
关键词:桩；无粘性土；非线性地基反力系数；p-y曲线
孙永鑫，朱 斌，陈仁朋，杨永垚，熊 根. 无粘性土中桩基水平非线性地基反力系数研究[J].海洋工程，2014，32（2）:38-45.

深埋海底隧洞内水压力下饱和土的动力特性
高华喜¹，闻敏杰^2,3
（1. 浙江海洋学院 海运与港航建筑工程学院, 浙江 舟山 316004； 2. 嘉兴职业技术学院 生物与环境分院 浙江 嘉兴 314036； 3. 上海大学 土木工程系, 上海 200072）
摘要:将衬砌分别视为多孔柔性材料和弹性介质，在频率域内研究内水压力作用下饱和分数导数黏弹性土-深埋圆形隧洞多孔柔性或弹性衬砌系统的耦合简谐振动。土体的宏观力学特性采用多孔介质理论来模拟。通过引入与土体体积分数相关的应力系数，利用衬砌和土体界面处位移连续，分别得到饱和黏弹性土和衬砌的位移、应力和孔隙水压力等的解析表达式。在此基础上，分析了多孔柔性衬砌和弹性衬砌结构的差异，并考察了应力系数、渗透系数、分数阶导数本构参数等对系统动力响应的影响，结果表明：多孔柔性衬砌材料条件下系统的动力响应明显大于弹性衬砌材料条件下系统的动力响应；随着分数导数阶数和材料参数比的增加，系统共振效应明显减弱；衬砌边界透水和不透水只是反映边界渗透性的两种极限状态。
关键词:多孔介质；分数导数模型；柔性/弹性衬砌；应力系数；相对渗透系数
高华喜，闻敏杰. 深埋海底隧洞内水压力下饱和土的动力特性[J].海洋工程，2014，32（2）:46-51.

海洋平台抛锚方式模糊优化设计方法
霍发力，杨德庆
(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 200240)
摘要:海上钻井平台由于工作地点经常发生变化，工作环境条件随之改变，锚泊抛锚方式就要相应更改。本文针对深海半潜平台及其悬链线式系泊定位系统，运用平台与锚链耦合运动时域分析方法，对其水动力性能进行探索，并提出一种运用模糊算法计算平台抛锚方式优化设计方法，此方法可使钻井平台在风暴自存工况和钻井工作工况下更快更好地找到最佳抛锚方式。以一典型的半潜式钻井平台为例进行数值模拟，结果表明本文提出的方法是可行的，能够很方便地找到比较好的抛锚方式来满足相关要求。这种锚泊优化设计方法可为平台及其系泊系统设计提供参考。��
关键词:半潜式平台；系泊系统；水动力性能；时域耦合分析；模糊方法
霍发力，杨德庆. 海洋平台抛锚方式模糊优化设计方法[J].海洋工程，2014，32（2）:52-60.

水下滑翔器整体外形设计及水动力性能分析
孟凡豪¹，严天宏¹，何波²，徐新胜¹
(1. 中国计量学院 机电工程学院，浙江 杭州 310018； 2. 中国海洋大学 信息科学与工程学院，山东 青岛 025506)
摘要:本文研究水下滑翔器的整体外形设计与水动力性能。在Slocum等几种典型水下滑翔器样机的基础上，对滑翔器的主体和附体进行一体化设计，得到阻力最小的新型水下滑翔器构型设计。利用CFD方法对水下滑翔器进行模拟仿真，通过分析对比五种主体构型，得到了比较合理的主体线型，然后用正交设计方法和曲线拟合法对附体进行了优选工作，最后得到了性能更优的整体载体外形。模拟仿真实验表明，滑翔器在8°左右攻角航行时，具有最大的升阻比；和Slocum等经典样机相比，新的载体具有更好的水动力性能。通过上述研究工作，也可以缩短水下滑翔器研制周期，降低设计成本，并为水下滑翔器的更优设计提供了有力的技术指导和参考。
关键词:水下滑翔器；外形设计；水动力分析；CFD方法
孟凡豪，严天宏，何 波，徐新胜. 水下滑翔器整体外形设计及水动力性能分析[J].海洋工程，2014，32（2）:61-71.

海底埋设双层管管道隆起屈曲分析
曾霞光¹，段梦兰¹，车小玉²



（1. 中国石油大学（北京） 机械与储运工程学院，北京 102249； 2.复旦大学 力学与工程科学系，上海 200433）
摘要: 海底埋设双层管管道隆起屈曲分析是海洋管道设计的重要技术之一。在管道隆起屈曲分析中实现管土作用和内外管相互作用的准确模拟一直是工程应用追求的目标，也是其中的难点。利用管土作用单元和管中管单元等技术，建立了海底埋设双层管管道隆起屈曲分析有限元模型。该模型不但考虑了管道初始形状、压力、温差载荷、管道材料非线性等常规因素，还考虑了非线性管土作用和内外管相互接触作用，并能对管道屈曲前和屈曲后全程进行模拟。应用该模型，计算了一条高温高压埋设双层管管道隆起屈曲过程中的应力等。算例表明该模型有较好收敛性，能对一般海底高温高压埋设双层管管道隆起屈曲进行准确模拟。��
关键词: 双层管；隆起屈曲；管土作用；有限元；管中管单元
曾霞光，段梦兰，车小玉. 海底埋设双层管管道隆起屈曲分析[J].海洋工程，2014，32（2）:72-78.

基于潮流能直驱式海水淡化系统的建模与仿真
黄方平¹，穆永杰^1,2，陈俊华¹，罗从宗^1,2，汪昌固^1,2



(1. 浙江大学 宁波理工学院，浙江 宁波 315100，2.太原科技大学，山西 太原 030024）
摘要:提出使用捕能系统捕获潮流能带动低压海水泵把低压海水转换为高压海水进行海水淡化，并对海水淡化过程中的浓海水进行能量回收。潮流能海水淡化关键在于提高效率和进入海水淡化系统时的海水压力的稳定。潮流能海水淡化系统采用直驱方式和能量回收系统提高了潮流能转换效率，而且系统中的高、低压蓄能器对海水淡化过程中海水压力起着稳定的作用。基于线性流体力学理论，推导出潮流能直驱式海水淡化系统的数学模型，模型考虑了水液压系统内部件的滑动摩擦力和泄露量。并对数学模型在系统压力、产水量和产水比能耗等方面进行仿真。仿真结果达到系统压力稳定、产水比能耗低。��
关键词:潮流能；直驱式；反渗透海水淡化；能量回收；仿真��
黄方平，穆永杰，陈俊华，罗从宗，汪昌固. 基于潮流能直驱式海水淡化系统的建模与仿真[J].海洋工程，2014，32（2）:79-88.

恩平油田FPSO船体总体设计研究
童 波¹，伦玉国²
（1. 中国船舶工业集团公司 第七O八研究所，上海 200011；2.中国海洋石油有限公司 深圳分公司，广东 深圳 518067）
摘要:以作业于恩平油田15万载重吨的FPSO（浮式生产储卸油装置）为研究对象，介绍了该油田的开发方案，FPSO主要尺度、总布置以及船体性能特点。阐述了满足500年一遇环境条件、30年设计寿命、南海FPSO双层底和双船级等要求的总体设计特点。分析了使用FLUENT进行线型优化的效果；对比了基于迎浪角分析的运动性能数值计算结果和模型试验值，解释了横摇运动差异原因，描述了试验中的甲板上浪现象及采取的防护措施。��
关键词: FPSO；总体设计；线型优化；运动性能；模型试验��
童 波，伦玉国. 恩平油田FPSO船体总体设计研究[J].海洋工程，2014，32（2）:89-96.

Boussinesq水波方程新型数值解法
房克照^1,2，孙家文²，刘忠波¹，尹 晶²，张 哲¹



（1. 大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室，辽宁 大连 116024； 2. 国家海洋环境监测中心，辽宁 大连 116023）
摘要:为建立高效的Boussinesq类水波数值模型，提出了一种新型的、基于有限差分和有限体积方法的混合数值格式。针对守恒形式的一维控制方程，在等间距矩形控制体内对其进行积分并离散，采用有限体积方法计算界面数值通量，剩余源项采用有限差分方法计算。其中，采用MUSTA格式并结合高精度状态插值方法计算控制体界面数值通量。时间积分则采用具有TVD性质的三阶龙格-库塔多步积分法进行。除验证模型外，重点对MUSTA格式和广泛使用的HLL格式进行了比较。结果表明，MUSTA格式可用于Boussinesq类水波方程数值求解，综合考虑数值精度、计算效率、程序编制和实际应用这几个方面，其较HLL格式更具有优势。��
关键词:Boussinesq水波方程；混合格式；MUSTA；HLL��
房克照，孙家文，刘忠波，尹 晶，张 哲. Boussinesq水波方程新型数值解法[J].海洋工程，2014，32（2）:97-103.

水流作用下滩海工程仿生草防护技术研究
焦志斌¹，牟永春²，沙 秋³



（1. 南京水利科学研究院 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，江苏 南京 210029；2.中国石油天然气股份有限公司规划总院 油气田所，北京 100083；3.中国石油天然气股份有限公司 勘探与生产分公司，北京 100083）
摘要:调查分析了仿生草防护技术研究现状，参照中石油辽河油田海南8海底管线海域水流和地质条件，采用1∶10比尺进行水流作用下水槽断面物理模型试验，开展了滩海区域仿生草的缓流效果和仿生草周边泥沙冲淤变化研究。试验结果表明，水流作用下，海底仿生草草内流速减小，草外流速增大；铺设仿生草对减小作用于铺设段海床的水流动力有较好效果，水位较高时，仿生草有较好的缓流促淤效果，但在水位较低、流速较大时，仿生草因铺设密度较大而产生较大的局部冲刷。水深小于2 m的滩海区域要慎重选用。��
关键词:滩海工程；仿生草；冲淤变化；防护
焦志斌，牟永春，沙 秋. 水流作用下滩海工程仿生草防护技术研究[J].海洋工程，2014，32（2）:104-109.
��
橡胶圈层数对桩腿耦合装置性能影响研究
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，山东 东营 257026）
摘要:运用非线性有限元软件ABAQUS/Explicit，建立了不同橡胶圈层数的桩腿耦合装置（简称LMU）整体计算模型, 并对其进行了非线性数值求解。通过对载荷�参灰魄�线、吸能曲线、应力和应变、速度曲线和动能曲线等的详细分析，研究了橡胶圈层数对桩腿耦合装置性能的影响。结果表明，橡胶圈层数对LMU吸能效率和橡胶圈最大应变的影响可忽略不计，但对其刚度、应力、速度和动能及其衰减速率的影响较为明显。随着橡胶圈层数的增加，LMU的刚度逐渐增大，最大应力先减小后增大，最大速度和动能逐渐减小，速度和动能的衰退速率逐渐减小。在LMU设计阶段，应考虑橡胶圈层数对LMU上述方面的影响，合理选择橡胶圈的层数，使LMU能够最有效地发挥缓冲作用。��
关键词:桩腿耦合装置；有限元；ABAQUS；非线性��
刘丽红，刘锦昆，蒋习民，王德禹. 橡胶圈层数对桩腿耦合装置性能影响研究[J].海洋工程，2014，32（2）:110-118.

深水钢悬链立管疲劳寿命评估分析
董永强，宋儒鑫，孙丽萍
（哈尔滨工程大学 深海工程技术研究中心，黑龙江 哈尔滨 150001）
摘要:在时域内分析深水钢悬链立管在平台运动和波流载荷共同作用下的非线性动力响应；采用雨流计数法处理立管节点应力的时间历程，选用DoE.E型S�睳曲线分析立管在单一海况和平台运动联合作用下的疲劳损伤；将各方向含概率分布的疲劳损伤进行叠加，得到立管整体的全方向疲劳损伤及疲劳寿命。平台的运动为六自由度的运动预报数据，波流载荷由某海域实际的波浪统计数据采用Morison公式计算所得。计算结果表明钢悬链立管疲劳寿命的极值点分别位于悬挂点附近和触地点附近，对立管疲劳寿命极值点各方向疲劳损伤分布情况进行了分析。所提方法为钢悬链立管疲劳分析提供了新思路，给出的结论对钢悬链立管设计分析有一定借鉴意义。��
关键词:钢悬链立管；疲劳寿命；时域分析；非线性动力分析��
董永强，宋儒鑫，孙丽萍. 深水钢悬链立管疲劳寿命评估分析[J].海洋工程，2014，32（2）:119-124.

海底地基形位测量仪研制与海上试验研究
李志刚¹，陈祥余¹，李海森³，邓 平¹
（1. 海洋石油工程股份有限公司，天津 300451; 2. 哈尔滨工程大学 水声技术重点实验室，黑龙江 哈尔滨 150001）
摘要:为了实现对海洋平台海底地基形位进行高效精细测量，基于多波束测深原理研制了拥有自主知识产权国产首套海底地基形位测量仪；文中给出海底地基形位测量仪的工作原理、系统组成，设计方案和主要关键技术，并在对该设备进行水池测试的基础上进一步开展了JZ20-2MUQ石油钻井平台海上外场实地测量试验研究，并对测量数据进行了细致处理获得了平台桩腿受冲刷影响形成的坑形信息；与传统潜水员探摸结果进行比对的结果表明该设备技术先进、测量结果有效可信，可以为海洋平台地基基础测试分析与安全评估提供重要的桩基形位信息。��
关键词: 海洋平台；水下地基；形位测量仪；水下三维地形��
李志刚，陈祥余，李海森，邓 平. 海底地基形位测量仪研制与海上试验研究[J].海洋工程，2014，32（2）:125-132.