《海洋工程》2014年第3期摘要_南京水利科学研究院版

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南京水利科学研究院版免费考研网/2018-05-14

“南海挑战号”半潜式平台原型测量系统

杜宇1，武文华1，王延林1，岳前进1，时忠民2

(1. 大连理工大学工业装备结构分析国家重点实验室，辽宁大连 116024；2. 中海油研究总院，北京 100027)

摘要:深水海洋平台的现场原型监测是对其最直接的研究方法和安全保障措施,是我国深水油气开发研究中的必要技术。为了改变我国缺乏南海半潜式浮体实测经验的现状，为半潜式浮体设计与安全保障提供实测数据支持，在南海LH11-1油田“南海挑战号”半潜式平台上进行了台风期的原型测量工作。原型测量工作采用针对南海浮式平台应用所研发的原型测量系统，对平台工作海域的环境参数、平台姿态以及水下系泊和立管系统进行了监测，获得了跨台风期中大量的实测数据，最终对所获得的数据进行了初步的分析。分析结果显示原型测量系统在海洋平台上使用具有很高的稳定性，捕获了台风期中所有过境平台的台风数据，获得的数据能够为平台性能评价和新平台设计提供第一手资料。

关键词:浮式平台；现场监测；原型测量；南海挑战号；台风期

杜宇，武文华，王延林，岳前进，时忠民. “南海挑战号”半潜式平台原型测量系统[J].海洋工程，2014，32（3）:1-7.

浮式平台横荡运动对水下柔性立管涡激振动的影响

陈伟民，郑仲钦，郭双喜

（中国科学院力学研究所流固耦合系统力学重点实验室，北京 100190）

摘要:由于深水浮式平台的运动幅度较固定式平台增大，其运动与下部立管的动力耦合变得更加明显。研究了上部平台运动对水下立管涡激振动的影响，基于有限元数值模拟，建立了与结构运动耦合的立管尾迹流场的涡激升力、流体阻力模型，进行了“平台运动立管涡激振动”整体系统的动响应数值模拟，分析了平台横荡运动的幅值、频率等因素对水下立管涡激振动的影响。结果表明，上部平台的振动会在沿着立管展向传播的过程中被放大（称为响应放大）；与不考虑平台运动相比，立管的动响应位移增大了多倍，而且振幅放大倍数随着模态阶数的降低而增大；平台横荡振幅越大，立管振动幅值也越大，但是振幅放大倍数的变化不明显。

关键词:横荡；流固耦合；立管；涡激振动

陈伟民，郑仲钦，郭双喜. 浮式平台横荡运动对水下柔性立管涡激振动的影响[J].海洋工程，2014，32（3）:8-13.

中国南海极端风暴海况下固定式平台结构可靠性分析

李萍，李林斌

(中国船级社，北京 100007)

摘要:基于中国南海海域风暴环境条件，研究分析南海海域固定式导管架平台结构整体性和可靠性，以及新建固定式平台结构设计准则。采用海洋环境数据后报方法，得到南海海域1972～2011共40年的风、浪、流联合数据，从中抽取风暴环境条件；利用通用荷载模型，将40年间的风暴环境数据转变成结构的荷载数据，即基底剪力或倾覆力矩；并计算得到风暴环境荷载的短期及长期分布，以及任意风暴下荷载的概率分布；根据结构可靠性模型，结合荷载的长期分布，研究基于结构暴露等级及失效概率的固定式平台结构强度储备比。根据计算，得到了不同暴露等级下中国南海平台的强度储备比，并与墨西哥湾及北海海域进行了比较，为新建平台提供设计参考。

关键词:结构可靠性；失效概率；强度储备比；极端风暴海况；中国南海

李萍，李林斌. 中国南海极端风暴海况下固定式平台结构可靠性分析[J].海洋工程，2014，32（3）:14-21.

深水悬链线式脐带缆总体动力响应特性研究

冯现洪，魏行超，王文亮

（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）

摘要:对某采用悬链线布局的深水脐带缆进行结构分析，得到了脐带缆的整体结构响应，包括脐带缆初始线形、有效张力和弯曲曲率的分布特性。同时对脐带缆悬链线布局下的关键参数进行了参数敏感性分析，得到了顶部悬挂角、管内流体密度以及顶部浮体位移对脐带缆结构响应的影响。这些研究结果可以为深水脐带缆的悬链线布局设计提供参考。关键词:脐带缆；悬链线；结构响应；敏感性分析

冯现洪，魏行超，王文亮. 深水悬链线式脐带缆总体动力响应特性研究[J].海洋工程，2014，32（3）:22-27.

浅水FPSO限位作业系泊分析

桂龙1，唐友刚1，秦尧1，杨洪所2，李焱1

（1.天津大学建筑工程学院水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300072；2.海洋石油工程股份有限公司维修公司，天津 300452）

摘要:以浅水单点系泊装置水下软钢臂维修解脱为背景，研究在拖轮限位状态下FPSO运动与限位缆绳张力。计算在不同水深及浪向条件下，FPSO的二阶传递函数（QTF）；分别应用Newman近似方法、全QTF法以及使用部分QTF值的方法，计算FPSO时域低频波浪载荷，并对其限位响应进行对比；计算不同长度时的限位缆绳张力响应，分析限位缆绳长度及FPSO波频运动对缆绳张力的影响。分析表明：Newman近似的适用性，应根据FPSO的QTF与海浪谱能量集中范围综合判断；为减少QTF计算量，可根据FPSO低频运动固有频率，确定频率间隔△ω的计算上限，采用部分QTF值计算低频波浪载荷，其响应预报结果与全QTF法接近；若FPSO的RAO能够避开海浪谱能量集中的频率范围，则在限位分析中可忽略FPSO波频运动的影响。

关键词:浅水FPSO；限位分析；二阶传递函数；缆绳张力

桂龙，唐友刚，秦尧，杨洪所，李焱. 浅水FPSO限位作业系泊分析[J].海洋工程，2014，32（3）:28-35.

人工柔性植被场中波浪衰减特性研究

曹海锦1，冯卫兵1,2

(1. 河海大学港口海岸与近海工程学院，南京 210098；2. 海岸带资源与环境研究所，南京 210098)

摘要:通过SWANVEG模型对波浪在刚性及柔性植被中传播的模拟计算结果发现，SWAN - VEG模型能较好的模拟刚性植被场对波能衰减的特性，而对于柔性植被场的情况，则缺少合适的对阻力系数的估算方法。因而在传统的植被消浪模型的基础上,通过引入有阻尼的受迫振荡模型，来考虑柔性植被在不同入射波浪作用下的晃动效果，引入柔性植物体在波浪力下的避让因子D（D为植物运动速度与水质点流速的相对值），通过转换关系式来反映植被的柔性对阻力系数CD影响。对未考虑植被晃动的SWAN-VEG模型进行了修改，用于模拟计算波浪在柔性植被场中的衰减，并采用人工柔性材料进行物理模型试验对计算结果进行对比验证。结果表明，考虑植被晃动影响的模拟结果明显好于不计植被晃动影响的情况，验证结果的相关系数从0.68提高至0.83。由此说明在进行柔性植物消浪效果的研究中需考虑柔性植被的晃动效应，同时发现植被晃动效果的强弱与植物材质的固有频率ωn、阻尼比γ、植被高度hν及入射波要素等因素有关。

关键词:柔性植被；SWAN-VEG模型；有阻尼受迫震动；避让因子；波浪衰减

曹海锦，冯卫兵. 人工柔性植被场中波浪衰减特性研究[J].海洋工程，2014，32（3）:36-44.

长江口北港口门海域悬沙输运机制分析

陈景东1，汪亚平1，史本伟1，高建华1，杨世伦2

（1. 南京大学地理与海洋科学学院，南京 210093；2.华东师范大学河口海岸学国家重点实验室，上海 200062）

摘要:根据2012年10月24日至11月1日在长江口北港口门海域获取的沉积动力学数据，采用输运通量分解方法分析水沙输运机制。结果表明，长江口北港口门附近海域涨、落潮期间底部悬沙浓度与近底部流速呈显著线性相关，存在显著的再悬浮作用；潮周期内的悬沙输运具不对称特征，涨潮悬沙浓度大于落潮悬沙浓度，悬浮泥沙有向陆输运的趋势。拉格朗日平流输运是影响悬沙输运的主要贡献项；潮泵效应（尤其是潮汐捕捉效应）以及河口垂向环流作用是两个次要影响因素，在影响程度上前者比后者略大。观测发现，长江口北港口门海域潮流除了具有涨落潮流速、历时等不对称现象外，还具有流速结构不对称的特征，进而导致涨、落潮底部湍流混合程度不对称与输沙不对称，这可能是造成悬沙向河口内输运形成最大浑浊带的重要因素。

关键词:悬沙浓度；通量分解；再悬浮；平流输运；长江口

陈景东，汪亚平，史本伟，高建华，杨世伦. 长江口北港口门海域悬沙输运机制分析[J].海洋工程，2014，32（3）:45-54.

混凝土结构全寿命设计指标体系研究

钟小平1，2，金伟良1

(1.浙江大学结构工程研究所，杭州 310058；2.扬州大学建筑科学与工程学院，扬州 225009)

摘要:考虑混凝土结构全寿命设计的多目标要求，提出结构全寿命设计指标由核心指标和绿色指标两个层次构成。将结构的性能指标、经济指标、时间指标作为全寿命设计的核心指标；将CO2排放量指标、用户满意度指标和可持续发展能力指标作为结构设计的绿色指标。提出混凝土结构全寿命设计需以结构的性能设计为中心，并将结构的性能指标分为风险性能指标、技术性能指标、材料性能指标三类。针对结构性能退化的特点，建议了有害介质扩散深度、钢筋锈蚀率、锈胀裂缝宽度作为耐久性的设计指标，同时定义了退化率指标鉻用以反映结构性能退化的程度。在此基础上建立了结构全寿命设计的指标体系，为结构设计人员进行全寿命优化设计提供了理论依据。

关键词:混凝土结构；全寿命；核心指标；绿色指标；耐久性；退化率

钟小平，金伟良.混凝土结构全寿命设计指标体系研究[J].海洋工程，2014，32（3）:55-64.

散货船及油船垂向波浪载荷短期预报经验公式

唐松1，张火明1，吴剑国2，洪文渊1，陈阳波1

(1.中国计量学院浙江省流量计量技术重点实验室，杭州 310018；2. 浙江工业大学船舶与海洋工程研究所，杭州 310014）

摘要:应用WALCS软件对6艘散货船及6艘油船进行了短期波浪载荷直接计算,依据计算结果分析了这两种船型在航速为0、迎浪、均匀满载及隔舱满载工况下的船舯垂向弯矩、L/4(L为船长)处垂向剪力、3L/4处垂向剪力的若干规律。根据这些规律,总结出了一套针对散货船及油船的垂向波浪载荷短期预报经验公式。依据此经验公式，在缺乏完备图纸资料的情况下，可以快速估计航行于海上的受损船舶的短期载荷情况，为评估其安全状态提供数值依据，为事故船东方做出安全可行的处理决策提供优质服务。

关键词:波浪载荷；垂向弯矩；垂向剪力；短期预报；船舶；WALCS软件

唐松，张火明，吴剑国，洪文渊，陈阳波.散货船及油船垂向波浪载荷短期预报经验公式[J].海洋工程，2014，32（3）:65-71.

考虑诱导速度的螺旋桨敞水性能CFD模拟

赵辰，杨晨俊

(上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海 200240)

摘要:螺旋桨工作时在其周围形成诱导速度场，诱导速度随到桨叶距离的增大而衰减。采用CFD方法模拟螺旋桨敞水性能时，只能截取有限尺度的流域进行计算，此时计算域边界上诱导速度并不为零，将进口速度设为进速是近似的。一般采用足够大的计算域，使螺旋桨前方及侧面边界尽量远离桨叶。为了在较小的计算域中实现螺旋桨敞水性能的准确预报，提出在设定进口速度时计入螺旋桨诱导速度的CFD模拟方法。应用升力面方法计算诱导速度，将进口速度设为进速与诱导速度之和。逐步减小计算域尺度，考察敞水性能及压力分布计算结果的变化情况及精度。算例比较表明：通过考虑诱导速度，可以大幅度减小进口与螺旋桨的距离而不降低计算精度。

关键词:螺旋桨；敞水性能；诱导速度；CFD；UDF

赵辰，杨晨俊. 考虑诱导速度的螺旋桨敞水性能CFD模拟[J].海洋工程，2014，32（3）:72-77.

海洋管道S型铺设过程研究

王自发，朱克强，徐为兵，张天宇，张洋，章浩燕

（宁波大学海运学院，宁波 315211）

摘要:随着海洋科学技术的发展和人类对于海洋油气资源认识的不断增加，海洋油气资源的开发从近海走向远海。作为海洋油气运输主要方式的海洋管道，其铺设问题成为焦点。常见海洋管道工程铺设方法为：拖曳铺设、卷筒铺设、J型铺设、S型铺设。通过引入先进的国际海洋工程软件OrcaFlex并结合国内外关于海洋管道铺设的工程手册及相关规范、标准，如DNV、API、AWS等，实时模拟研究S型海洋管道铺设过程。结合作者工作经历及实际海洋铺管工程背景算例分析，研究铺管上弓段接触点、悬垂段及触底段在铺设过程中的各自静力、动力特性。对海洋管道S型铺设过程中应该注意的一些有关设计、工艺和HSE低成本安全高效铺设等方面提出几点有用的意见。

关键词:海洋管道；S型铺设；OrcaFlex模拟；HSE高效作业

王自发，朱克强，徐为兵，张天宇，张洋，章浩燕. 海洋管道S型铺设过程研究[J].海洋工程，2014，32（3）:78-88.

浅海新型FPSO-IQFP多点系泊系统设计研究

王天英

（中石化石油工程设计有限公司，东营 257026）

摘要:海上油气生产要求FPSO具有低幅运动的特性，因此系泊系统性能的优劣直接影响生产作业的效率和安全。针对新概念FPSO-IQFP（圆角倒棱台形FPSO）的浮体特点和边际油田经济性开发的需要，设计一套经济有效的多点系泊系统。首先，将钢制悬链线系泊系统和聚酯纤维张紧式系泊系统作为备选方案，根据定常力计算结果并参照工程经验，给出两种系泊系统的初始设计方案，并进行二者的静特性分析，探讨系泊参数对系泊系统受力和位移的影响规律；在此基础上，结合时域计算结果，确定系泊系统的优化设计方案；最后，给出系泊系统的回复力和浮体位移之间的关系曲线，并在静力范围内比较两种系泊系统的优劣性。静力分析结果初步验证，较之悬链线系泊系统，张紧式系泊系统用于浅水作业的IQFP上更具优越性。

关键词: FPSO；张紧式系泊系统；悬链线系泊系统；静力特性；浅水

王天英. 浅海新型FPSO-IQFP多点系泊系统设计研究[J].海洋工程，2014，32（3）:89-95.

强迫摇荡运动三维球体水动力系数的CFD计算

韩翔希1，赵成璧1，唐友宏2，范少涛1，林慰1,陈晓明3

（1．华南理工大学土木与交通学院船舶与海洋工程系，广州 510641； 2.福林德斯大学计算机科学、工程和数学学院，澳大利亚 5042；3. 中船重工建筑工程设计研究院有限责任公司，北京 100121）

摘要:采用计算流体力学（CFD）的雷诺平均法（RANS方法），并考虑了自由表面的影响（采用VOF方法模拟自由表面），来模拟三维球体的单自由度强迫摇荡运动，得到纵荡、升沉及横摇的附加质量与阻尼系数。该数值模拟结果与三维势流理论计算的结果进行比较，趋势基本一致，但CFD方法更能凸显粘性的作用。本文所应用方法能合理给出浮式结构物的水动力系数，更精确描述海洋浮式结构物周围的流场，可应用于船舶与海洋工程浮式结构物的水动力性能研究。

关键词: CFD；水动力系数；浮式结构物；强迫摇荡运动；三维球体

韩翔希，赵成璧，唐友宏，范少涛，林慰,陈晓明.强迫摇荡运动三维球体水动力系数的CFD计算[J].海洋工程，2014，32（3）:96-103.

粗颗粒水下管道输送系统振动的实验研究

阳宁1，周知进2，唐达生1，王钊1

（1.长沙矿冶研究院有限责任公司深海矿产资源开发利用技术国家重点实验室，长沙 410012；2. 湖南科技大学机电工程学院，湘潭 411201）

摘要:浸没于水中的粗颗粒管道输送系统，由于受到泵、内部两相流及外部流体三者的耦合激励，管道系统振动将对管道输送参数和安全稳定性产生严重影响。为了深入分析水下管道输送系统工作时振动的特性，设计了一套振动测试，对管道系统振动进行了测试，获取管道在不同工况下的时域波形，通过快速傅里叶变换对振动信号进行频谱分析。试验结果表明：随着输送体积浓度增加，X与Y方向的最大振动幅度随着体积浓度增大而增大，但是Z方向的最大振动幅度则是随着体积浓度增加而降低；同一输送浓度情况下，Y方向振动幅度最大，X方向次之，Z方向最小；随着输送浓度提高，流体紊流引起的管道振动加剧。这些结论将为深海采矿管道支撑结构设计和减振提供参考。

关键词:管道输送系统；粗颗粒；两相流；体积浓度；管道振动；频谱图

阳宁，周知进，唐达生，王钊. 粗颗粒水下管道输送系统振动的实验研究[J].海洋工程，2014，32（3）:104-109.

气垫式保真筒保压特性的参数影响分析

安莉1，程烨1，秦华伟2，叶瑛1，俞祖英3，徐著华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:介绍配套了气垫式保真筒的深海天然气水合物采样器的结构及其工作原理，同时为提升气垫式保真筒的保压性能,基于压降模型仿真分析了关键参数（预充压力、气腔长度、筒体长度、筒体内径和筒体壁厚）对采样终了筒内压降的影响。仿真研究结果表明:预充压力、气腔长度和筒体壁厚对气垫式保真筒的保压性能影响较大，且取值越大保压效果越好；筒体长度、筒体内径与筒内压降正相关且对其影响较小；同时综合保真筒的整体性能来讲，提高预充压力和增加气腔长度是提高气垫式保真筒的保压性能可选的有效方式。

关键词:天然气水合物；采样器；保真筒；保压特性；参数影响

安莉，程烨，秦华伟，等. 气垫式保真筒保压特性的参数影响分析[J].海洋工程，2014，32（3）:110-115.

水射流辅助动力沉桩技术研究

王京印1，张振禹2，王艳丽3，董燕3，黄勇1，朱丽红1

（1.中国石油大学（华东）石油工程学院，青岛 266580；2.东北特钢集团大连特种钢材料检测公司，大连 116105；3.中国石油大学胜利学院，东营 257061）

摘要:水射流破坏桩内土塞辅助动力沉桩是一种有效处理土塞问题使桩达到标准贯入深度的辅助沉桩方法，而该项技术的关键是水射流对桩内土塞的破坏。借助理论分析、数值模拟和模型实验进行水射流破坏桩内土塞辅助动力沉桩研究。首先进行射流破坏土塞理论分析，定性地说明水射流破坏土塞能力与水射流压力、流量等参数有关；然后对不同形状喷嘴形成的射流的破坏土塞能力进行数值模拟，得到六种喷嘴射流作用下土塞内的最大、最小应力；再通过模型实验对有无射流辅助沉桩的沉桩锤击数进行对比，结果表明水射流辅助沉桩的锤击数少于无射流辅助沉桩的锤击数，说明水射流可用于辅助动力沉桩。最后设计出水射流破坏桩内土塞辅助动力沉桩工艺步骤。

关键词:水射流；动力沉桩；土塞；锤击数；贯入深度

王京印，张振禹，王艳丽，董燕，黄勇，朱丽红. 水射流辅助动力沉桩技术研究[J].海洋工程，2014，32（3）:116-121.

一种重载减张力拖曳绞车的设计研究

李亚南，祁圣民，张鹏，鄢华林

（江苏科技大学机械工程学院，镇江 212003）

摘要:以海洋平台中的重载荷拖曳绞车作为被控对象，采用速度和恒力矩控制方式实现了拖曳绞车减张力机构和排缆机构的速度同步。同时采用新型摩擦减张力、变频调速和直接转矩控制技术，设计了一种新型重载荷减张力拖曳绞车。实践证明，该拖曳绞车大大减小了因缆绳挤压切入所造成的破坏，提高缆绳的使用寿命。

关键词:减张力；直接转矩控制；变频调速；拖曳绞车；海洋平台；重载荷

李亚南，祁圣民，张鹏，鄢华林. 一种重载减张力拖曳绞车的设计研究[J].海洋工程，2014，32（3）:122-126.

《海洋工程》2014年第3期摘要_南京水利科学研究院版

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