《海洋工程》2015年第1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

我国海岸工程技术展望

左其华，窦希萍，段子冰

（南京水利科学研究院，江苏南京 210029）

摘要:从海岸动力监测体系、河口海岸侵蚀及防护、海岸工程深水和离岸趋势、极端条件下海岸工程结构安全、岛礁工程开发技术、海岸管理与数字海岸、亲水工程、海洋能技术利用开发和海岸工程研究等九个方面对我国海岸工程中面临的问题，以及国外相关工程技术进展情况进行了分析，并指出我国未来海岸工程领域需要加以关注的重点问题和发展趋势。

关键词:海岸工程；海岸防护；工程建设；环境与管理；科学研究

左其华，窦希萍，段子冰.我国海岸工程技术展望[J].海洋工程，2015，33（1）:1-13
新型多立柱式Spar平台涡激运动特性研究

苏云龙，杨建民，吕海宁，彭涛

（上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海 200240）

摘要:通过数值模拟和模型试验方法对一新型的Spar平台——多立柱式Spar平台的涡激运动特性进行研究。平台硬舱为四根圆柱方形阵列布置加方形中心井的形式，各柱间会产生复杂的相互干扰，不同于常规的单立柱Spar平台或半潜式平台，因此对其开展相应的涡激运动研究具有重要意义。研究主要关注的是不同来流角、不同流速下平台的涡激运动特性。通过涡激运动时的横荡运动、水平面内运动轨迹、首摇运动和水动力系数及绕流流场的分析，可得：在折合速度约为6~8范围内，平台横荡运动存在明显的“锁定”现象（0°来流角无侧板时“锁定”范围约为Ur=7~10）。在0°来流角下较高流速时，减涡侧板对涡激运动有明显的抑制效果。平台的运动轨迹近似与平台硬舱截面的对角线平行（0°来流角除外），这不同于常规的单立柱Spar平台。此外，试验中还观察到较明显的首摇运动。涡激运动时各柱间绕流存在复杂的相互干扰，而在柱后形成共同的涡结构。

关键词:多立柱式Spar平台；涡激运动；模型试验；数值计算

苏云龙，杨建民，吕海宁，彭涛.新型多立柱式Spar平台涡激运动特性研究[J].海洋工程，2015，33（1）:14-23
冲击荷载作用下新型延展式张力腿平台时域分析

巩超，黄维平

（中国海洋大学工程学院，青岛 266100）

摘要:延展式张力腿平台是一种适用于深水油气开采的海洋平台结构。提出一种新型平台由四个立柱和一个环形浮箱连接而成，环形浮箱是由四个箱型梁焊接而成。根据给出的南海海域的海况条件和相应的规范计算结构的环境载荷，运用SESAM软件Deep C模块，考虑风、浪、流等环境荷载的作用和张力腿系统的非线性影响，进行了时域耦合分析，得到了平台的运动位移时程、张力腿系统张力时程和张力极值等。模拟波浪破碎作为冲击载荷，得到张力腿平台在冲击荷载作用下的运动位移时程、张力腿系统的张力时程。研究结果表明：该新型平台具有良好的运动响应，张力筋腱应力满足安全要求；在冲击载荷作用下新型平台的运动响应也满足要求。

关键词:延展式张力腿平台；耦合响应；冲击荷载；南海海域；时域分析

巩超，黄维平.冲击荷载作用下新型延展式张力腿平台时域分析[J].海洋工程，2015，33（1）:24-30
半潜式起重平台系泊系统设计与优化研究

樊磊¹，孙丽萍¹，王宏伟¹，王金光²

（1．哈尔滨工程大学深海科学与技术创新引智基地，哈尔滨 150001；2．烟台中集来福士海洋工程有限公司，烟台 264000）

摘要:近年来，国内兴起了大力发展半潜式起重平台的势头，系泊系统的设计与优化是该类型平台开发中的关键问题之一。采用时域方法对半潜式起重平台系泊系统进行耦合动力分析，研究系泊系统主要参数对其动力响应特性的影响，并给出主要参数的设计优化流程，在此基础上，以能够满足安全校核且性能较优的系泊方案为目标，对该半潜式起重平台的系泊系统进行优化设计，并研究单根系泊缆发生破断对整个系泊系统的影响。结果表明：基于主要参数对系泊性能的影响规律，经优化设计得到的系泊方案，预留的安全欲度适中，能够保障半潜式起重平台在恶劣海况下的生存能力，同时具备较好的经济性。

关键词:半潜式起重平台；系泊系统；方案设计与优化；耦合分析

樊磊，孙丽萍，王宏伟，王金光.半潜式起重平台系泊系统设计与优化研究[J].海洋工程，2015，33（1）:31-38
粉土中吸力桶沉贯阻力与土塞失稳机理研究

余璐庆¹^，²，吕学金³，李玲玲¹，沈侃敏¹，邢月龙²

(1.浙江大学建筑工程学院，杭州 310058；2.浙江省电力设计院，杭州 310012；3.浙江建设职业技术学院，杭州 311231)

摘要:针对粉土中吸力桶在吸力沉贯中的两个关键性问题——沉贯阻力和内部土体稳定性，在自行研制的试验平台上进行了一系列吸力桶沉贯模型试验。试验结果表明，粉土中吸力沉贯时，Andersen所提供的基于CPT锥尖强度的阻力计算公式能较好预测阻力发展趋势，但计算结果偏小；而修正的承载力公式预测结果在沉贯前期与实测值较吻合，沉贯后期预测偏大。吸力沉贯前期，贯入阻力随深度稳步增长，直到贯入深度达到某个临界值后，阻力增长缓慢甚至保持不变。桶内粉土在吸力作用下的失稳机理与黏土或砂土不同，在渗透力作用下表现为从土层表面开始的自上而下管涌或渗流侵蚀。沉贯后期，端部土体在较高水头差下发生失稳并向桶内流动，造成了桶内土体密度降低，端阻力与内壁摩阻力降低，总贯入阻力主要由外壁摩阻力提供。并结合有限元模拟对上述实验现象的内在机理进行了解释。

关键词:粉土；吸力桶；内部吸力；沉贯阻力；土塞失稳

余璐庆，吕学金，李玲玲，沈侃敏，邢月龙.粉土中吸力桶沉贯阻力与土塞失稳机理研究[J].海洋工程，2015，33（1）:39-48
高阶非线性完全频散性波浪数值模型及应用

冯卫兵¹^，²，邵东¹，王明明³，张俞¹

（1.河海大学港口海岸和近海工程学院，南京 210098; 2.海岸带资源与环境研究所，南京 210098;3.南京水利科学研究院，南京 210029）

摘要:为更精确地模拟强非线性完全频散性波浪的传播，采用长波上非线性重力表面波传播高阶数学模型，综合参考此模式已有的研究成果，建立了一个高达五阶的完全频散性非线性数值模型。应用该五阶模式对斜坡地形、潜堤地形及正弦沙链地形进行模拟计算，并与已有的实验资料进行对比，结果显示五阶模式较低阶模式模拟结果的精度上有了明显提高，模拟波形与实验结果吻合度良好，证明高阶模式更适用于高频散高非线性波浪传播的数值模拟。

关键词:完全频散性；波浪传播；斜坡；潜堤；五阶模式

冯卫兵，邵东，王明明，张俞.高阶非线性完全频散性波浪数值模型及应用[J].海洋工程，2015，33（1）:49-57
梁板式高桩码头结构整体可靠度计算方法

王禹迟¹，王元战¹，龙俞辰¹，高树奇²

（1.天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津市港口与海洋工程重点实验室，天津 300072；2.中交水运规划设计院有限公司，北京 100007）

摘要:在环境条件和使用荷载作用下，高桩码头结构损伤和承载力降低是普遍存在的问题。在役梁板式高桩码头结构安全评估，是保证港口设施安全运行的必要措施。结构整体可靠度是结构安全评估的核心指标，但目前尚未建立结构整体可靠度计算的有效方法。基于非线性有限元数值模型，采用蒙特卡罗模拟技术确定了典型梁板式高桩码头结构整体极限承载力概率分布模型及其统计参数，研究了损伤位置、损伤程度和损伤数量等对极限承载力概率分布及其统计参数的影响，明确了无损结构整体极限承载力概率分布模型及其统计参数可用于损伤结构分析。将结构整体极限承载力作为结构抗力随机变量，采用一次二阶矩法计算结构的可靠指标，建立了一种在役梁板式高桩码头结构整体可靠度计算的有效方法。

关键词:梁板式高桩码头；极限承载力；概率分布；整体可靠度；安全评估

王禹迟，王元战，龙俞辰，高树奇. 梁板式高桩码头结构整体可靠度计算方法[J].海洋工程，2015，33（1）:58-65
恢复饱和过程与潮流不对称耦合作用下的悬沙输运

李谊纯

（广西科学院广西北部湾海洋研究中心，南宁 530007）

摘要:通过理想模型的解析解对河口悬移质泥沙输沙中恢复饱和过程与潮流不对称耦合作用下的长期净输运机制进行了研究，并给出了二者耦合作用下的悬沙长期净输运的定量表达及悬沙净输运方向与分潮相对位相的关系。研究认为，悬沙的长期净输运与泥沙的恢复饱和过程及潮流不对称存在密切关系。对于仅单频潮波作用的情况，恢复饱和过程不会导致悬沙净输运的产生；分潮与余流的相互作用将产生与余流方向一致的净输运；悬沙的净输运方向与潮流不对称的方向并不完全一致；对于频率满足一定条件的分潮的组合，不论该分潮组合是否导致潮流不对称，均会产生悬沙的净输运；净输运量是分潮组合中各分潮流速的振幅、相对位相及相对恢复饱和时间的函数。对于某一分潮组合，悬沙净输运与潮流不对称方向改变时，二者的相对位相阈值之间的偏差随恢复饱和时间的增大而增大。

关键词:悬沙；潮流不对称；恢复饱和时间；倍潮；耦合作用；潮波变形

李谊纯.恢复饱和过程与潮流不对称耦合作用下的悬沙输运[J].海洋工程，2015，33（1）:66-72
长江口洪水期潮波变形数值模拟研究

路川藤，罗小峰，韩玉芳

(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，南京 210029)

摘要:由长江口现场水文测验资料分析知，洪水期潮波上溯过程中，潮波变形具有先加剧后趋缓的特点。基于非结构网格FVM方法建立大通至外海的大范围数学模型，复演长江口潮波传播过程，以此为基础，研究长江口洪水期潮波变形特征的形成原因。研究认为：洪水期长江口潮波变形转折点位于潮流界上游；转折点下游潮波变形逐渐加剧是由于高低潮位潮波传播速度差异造成的；转折点上游潮波变形趋缓是由于高潮位重力引起的潮波传播阻力对潮波传播影响大于高低潮位潮波传播速度差异造成的。

关键词:长江口；潮波变形；洪水期；FVM；传播速度

路川藤，罗小峰，韩玉芳.长江口洪水期潮波变形数值模拟研究[J].海洋工程，2015，33（1）:73-82
考虑非线性频散效应的风浪关系及其应用

舒勰俊¹，侯堋²，江森汇³

（1.国家海洋局南海海洋工程勘察与环境研究院，广州 510300；2. 珠江水利科学研究院，广州 510611；3.中国科学院南海海洋研究所，广州 510301）

摘要:随着我国沿海地区海洋经济的快速发展，相关海域的风浪规律的研究越来越受到人们的重视。依据Toba的风浪3/2指数律和非线性频散关系推导得到一个新的波陡波龄关系式，简化获得适用于深水情况下的波陡波龄关系式；基于考虑非线性频散效应的波龄波陡深水关系式，并结合有效波能量平衡方程，进一步推导出包含非线性频散效应的深水海域风浪公式。利用新的深水风浪公式，并结合Mitsuyasu开阔海域风区、风速经验公式，研究了江苏沿海海域的风浪规律，且与NCEP再分析风浪数据以及其他公式结果进行对比分析。分析结果表明所获得的新深水风浪公式适用范围更广，且在只考虑风速这个单一参数条件下计算得到的江苏外海波浪要素与NCEP再分析风浪数据吻合程度最好，且更接近其他学者的研究成果。计算过程可避免开阔海域风区长度推算的不确定性和人为因素所产生的误差，可为我国风浪成长规律的理论研究和海洋工程深海风浪要素推算提供参考。

关键词:波陡波龄关系；风浪关系；非线性频散关系；江苏外海

舒勰俊，侯堋，江森汇.考虑非线性频散效应的风浪关系及其应用[J].海洋工程，2015，33（1）:83-89
非均匀风影响下风力机三维气动粘性流场的数值模拟

周胡，赵文超，万德成

(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高新船舶与海洋开发装备协同创新中心，上海 200240)

摘要:基于面向对象的开源软件OpenFOAM，选择美国国家新能源实验室（NREL）Phase VI风力机为对象，对以往研究较少的非均匀来流风速作用下风力机三维气动粘性流场进行数值模拟。采用较为接近于真实情况的指数型风剖面，计算了轮毂处风速分别为5、10、15和25 m/s四种工况下的叶片表面压力分布、叶片的推力、尾涡等气动力数据，并与均匀来流风速下的风力机气动力学性能进行详细的对比，探讨非均匀风剖面对风力机流场结构和流动特性影响的物理现象和规律。关键词:风力机；非均匀风；OpenFOAM；空气动力特性；风能开发；海上风电

周胡，赵文超，万德成.非均匀风影响下风力机三维气动粘性流场的数值模拟[J].海洋工程，2015，33（1）:90-99
基于磁力耦合器的载人潜水器电力推进装置研究

倪天，马岭，许可

（中国船舶科学研究中心，无锡 214082）

摘要:基于磁力耦合传动技术，对载人潜水器电力推进装置进行了系统设计与传动特性研究。采用电磁场有限元方法研究了永磁式磁力耦合器的运行机理和矩角特性，分析了其稳定传动区域和失步条件；分析了螺旋桨的负载特性，采用切比雪夫多项式研究了螺旋桨的四象限全工况动态模型；建立了水下无刷直流推进电机的数学模型和传递函数，设计了推进电机的转速闭环控制系统以抑制转速波动，提高输出推力的平稳度。完成了样机的设计与制造，通过水池试验验证了该推进装置在载人潜水器上的可行性与适用性。

关键词:水下电力推进；磁力耦合器；无刷直流推进器；螺旋桨特性；载人潜水器

倪天，马岭，许可.基于磁力耦合器的载人潜水器电力推进装置研究[J].海洋工程，2015，33（1）:100-106
动波浪壁圆柱绕流三维数值模拟

刘家欢，王志东，凌宏杰，吴娜，王海星

（江苏科技大学船舶与海洋工程学院，镇江 212003）

摘要:利用计算流体力学软件Fluent开展了三维动波浪壁圆柱绕流的数值模拟，建立了三维运动波浪壁圆柱模型，通过C语言自编程序实现波浪壁面的运动控制，并保证壁面变形时网格的高质量。在来流速度u=0.125 m/s、雷诺数Re=12 500的情况下，开展了动波浪壁波动速度w=0、0.062 5、0.125、0.187 5 m/s四个工况的计算分析，并比较了不同波动速度对流场结构、升力、阻力特性的影响。结果表明：动波浪壁圆柱能有效抑制流动的分离，消除交替脱落的尾涡，从而消除周期振荡的升力；在消除卡门涡街的同时，圆柱后驻点处的涡量值随波动速度增加而增加，其原因在于波形移动加大了壁面流体的速度，从而减小了圆柱前后的压力差，减小了阻力；随着波动速度的增大，平均阻力系数呈明显下降趋势，当波动速度为来流速度的1.5倍时，平均阻力系数相对于光滑圆柱下降了53.76%。

关键词:数值模拟；动波浪壁圆柱；卡门涡街；波动减阻；圆柱浇流；涡激振动

刘家欢，王志东，凌宏杰，吴娜，王海星.动波浪壁圆柱绕流三维数值模拟[J].海洋工程，2015，33（1）:107-113
基于遗传算法的海洋地震拖缆避险工况阵列控制研究

李扬，张维竞

（上海交通大学海洋工程国家重点实验室，上海 200240）

摘要:针对海洋地震拖缆系统上位机对多个“水鸟”的控制问题，选取一种海上常见避险工况，对该工况进行分析计算，建立数学模型并利用“罚函数法”进行约束处理，得出基于遗传算法的适应度函数，并提出适用于该类工况一般情况的适应度函数公式，该公式能够完成对该工况所有情形的控制。实例表明该方法易于操作，计算得出的结果符合控制要求。

关键词:海洋地震拖缆系统；遗传算法；适应度函数；水鸟；罚函数法

李扬，张维竞.基于遗传算法的海洋地震拖缆避险工况阵列控制研究[J].海洋工程，2015，33（1）:114-118
水下悬浮隧道锚索稳定性分析

苏志彬，孙胜男

（聊城大学建筑工程学院，聊城 252059）

摘要:为研究水下悬浮隧道锚索的稳定性，建立锚索在涡街激励作用下振动的数学方程，采用伽辽金法对其进行化简，锚索振动的稳定性通过Lyapunov指数法进行判断，分析了锚索动静张力比的大小、悬浮隧道系统的阻尼比和锚索参数激励频率对锚索振动稳定性的影响。计算结果表明，锚索振动失稳的范围取决于锚索的动静张力比、锚索的阻尼比和频率比（锚索参数激励频率与锚索1阶模态固有频率的比值）；当频率比为1和2左右时，随着锚索动静张力比的增大和阻尼比的减小，锚索逐渐从稳定状态转变为不稳定状态，且锚索的不稳定区域逐渐增大。

关键词:海洋工程；悬浮隧道；锚索；振动；稳定性

苏志彬，孙胜男.水下悬浮隧道锚索稳定性分析[J].海洋工程，2015，33（1）:119-124
南中国海油田独立开发方案讨论

徐正海，李达，易丛，何骁勇，朱磊

（中海油研究总院，北京 100027）

摘要:从南海某油田开发方案研究出发，根据目标油田的油藏规模和储量，兼顾周边油田的区域开发需求，确定油田开发思路和钻完井机具、方式的选择方法。详细阐述油田生产处理、油气水输送、原油储存和外输的主工艺流程设计思想，系统论述油田开发主要工程设施的研究思路和方法。在经过初步工程方案筛选后，针对油田独立开发的关键设施——浮式储油生产装置（FPSO）或浮式储油装置（FSO），以改造升级旧FPSO、旧油轮改造成FSO及新建FPSO等三个可行的开发方案为基础，确定相应的主工艺流程，从各方案技术优缺点、工期编排及工程投资估算等方面综合考虑，进行油田开发工程方案的最终选择。在此基础上，总结了南中国海油田独立开发方案的研究思路和方法，该方法对于远离陆地的油田开发方案研究具有借鉴意义。

关键词:南中国海；油田开发方案；独立开发；海洋工程；浮式储油生产装置

徐正海，李达，易丛，何骁勇，朱磊.南中国海油田独立开发方案讨论[J].海洋工程，2015，33（1）:125-132

《海洋工程》2015年第1期摘要_南京水利科学研究院版

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