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《海洋工程》2019年第1期中文摘要
日期:2019年04月15日 13:51:18點擊數:字號:【

楔形物體在靜水與波浪中自由入水砰擊試驗研究

鄒  麗1, 2,李振浩1,孫鐵志1,馬偉佳3,裴玉國1

(1. 大連理工大學 工業裝備結構分析國家重點實驗室 船舶工程學院,遼寧 大連 116024; 2. 高技術船舶與深海開發裝備協同創新中心,上海 200240; 3. 哈爾濱工程大學 船舶工程學院,黑龍江 哈爾濱 150001)

摘要:通過自由落體的入水方式,分別在靜水和規則波中開展了兩種不同橫剖面的曲面楔形體入水砰擊問題試驗研究。使用高速攝像系統記錄楔形體入水過程流場演變和運動特性,采用加速度傳感器和壓力傳感器進行數據的動態采集。試驗結果表明,在靜水中入水時,外凸剖面楔形體入水砰擊后模型兩側的射流飛濺比反曲剖面更劇烈,而在楔形體前端的水面以下部分形成的氣腔更小;在規則波中入水時,對于相同模型,在波峰和上跨零點相位下模型入水砰擊后兩側的射流飛濺比在波谷相位更劇烈。相同工況時,反曲剖面模型所受砰擊的加速度峰值和壓力峰值更小;在相同的入水速度下,對于相同模型,波浪載荷和砰擊載荷的共同作用會使模型所受砰擊壓力顯著增大。

關鍵詞:規則波;曲面楔形體;波浪入水;砰擊;外凸剖面;反曲剖面;流固耦合

鄒麗,李振浩,孫鐵志,馬偉佳,裴玉國.楔形物體在靜水與波浪中自由入水砰擊試驗研究[J].海洋工程,2019,37(1):1-11.

新型干樹式半潛平臺浮體結構設計研究

李建勛1,凌  進1,王仁軍1,郁  芳1,劉木南2,唐修俊2,王中念2

(1.深圳深德海洋工程有限公司,廣東 深圳 518067; 2.三一海洋重工有限公司,廣東 珠海 519055)

摘要:為適應中國南海深水區域的油氣田開發,研發出了一種具有漸變式立柱的深吃水干樹式半潛鉆井/生產平臺(TCDD-Semi)。平臺的浮體采用了深吃水、變截面長立柱構型,即向底部逐漸擴大的漸變截面形式。結合干樹式深吃水半潛平臺的研發過程,通過采用壓縮空氣壓載系統、全注水下浮體、壓縮空氣水密檢測以及水密面板的三級正交加強筋設計等新興技術,極大地提高了鋼材的利用效率,達到了節省材料、減輕浮體自重的目的。對浮體的有限元(FEM)整體分析結果表明,浮體結構設計滿足各工況強度要求。

關鍵詞:半潛式平臺;干式采油樹;壓縮空氣壓載系統;三級加強筋;結構強度分析

李建勛,凌進,王仁軍,郁芳,劉木南,唐修俊,王中念.新型干樹式半潛平臺浮體結構設計研究[J].海洋工程,2019,37(1):12-19.

半潛式浮式風機支撐平臺首搖運動特性分析

陳嘉豪1, 2,胡志強3

(1. 上海交通大學 海洋工程國家重點實驗室,上海 200240; 2. 高新船舶與深海開發裝備協同創新中心,上海 200240; 3. 紐卡斯爾大學 工程學院,英國 紐卡斯爾 NE17RU)

摘要:借助FAST軟件對OC4半潛式浮式風機平臺進行數值計算,分析了影響海上浮式風機平臺首搖運動的一系列重要因素及其變化規律(如風向變化、浪向變化、陀螺力矩等)。研究了平臺首搖運動所誘導的風機系統動力響應,發現浮式風機首搖運動不僅會加劇平臺耦合運動響應,而且還會影響風機的氣動性能和加劇錨泊張力波動。提出并探討了幾種減小海上浮式風機支撐平臺首搖運動的方法。

關鍵詞:半潛式海上浮式風機;首搖運動;動力響應;數值計算;陀螺力矩

陳嘉豪,胡志強.半潛式浮式風機支撐平臺首搖運動特性分析[J].海洋工程,2019,37(1):20-28.

波浪溢流作用下海堤內坡高性能加筋草皮護坡防侵蝕特征研究

潘  毅1, 2,張同鑫1, 2,周子駿1, 2,陳永平1, 2

(1. 河海大學 水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室,江蘇 南京 210098; 2. 河海大學港口海岸與近海工程學院,江蘇 南京 210098)

摘要:基于1∶1的大型水槽試驗結果,分析了波浪溢流過程中位于海堤內坡的高性能加筋草皮護面的侵蝕特征。試驗觀察表明試驗期間有一定土壤的損失,但護坡無明顯的破壞;土面高度測量表明,當土壤流失發展到一定深度后,如果水動力強度變化不大,侵蝕趨于逐漸停止,這種現象稱為侵蝕上限;結合試驗現象對侵蝕上限進行了初步解釋,并討論了侵蝕上限達到前的侵蝕速率特征;植株密度監測表明,試驗期間的草莖密度基本不變,草葉密度在開始幾次試驗期間持續減小,而后達到一個穩定值,這對于海堤的可持續防護有重要意義。研究成果能夠為波浪溢流期間海堤內坡防御的相關研究和工程措施提供參考依據。

關鍵詞:波浪溢流;海堤;內坡;高性能加筋草皮;土壤侵蝕;植被損失;侵蝕速率

潘毅,張同鑫,周子駿,陳永平.波浪溢流作用下海堤內坡高性能加筋草皮護坡防侵蝕特征研究[J].海洋工程,2019,37(1):29-36.

開孔沉箱式結構內部波浪沖擊壓力試驗研究

孫宏月,孫昭晨,梁書秀,楊  健,程瑞旭

(大連理工大學 海岸與近海工程國家重點實驗室,遼寧 大連 116024)

摘要:為研究在不同比尺模型下,透空式海洋結構中開孔沉箱內部受力與入射波浪的關系及差異,針對簡化的上部開孔箱體海洋結構,選取兩組不同尺寸模型進行了多組規則波物理模型試驗。首先采用低通濾波方法分析了沖擊力的不同組分,然后對比了兩組模型內部所受沖擊力的分布及波要素與箱體內部受力的關系。研究發現,波面對開口的淹沒程度是影響沖擊過程的主要因素;當模型尺寸發生變化時,開孔箱體內部所受波浪力與入射波要素的關系也發生了變化。

關鍵詞:波浪力;開孔沉箱;海洋結構物;波浪沖擊;波要素

孫宏月,孫昭晨,梁書秀,楊健,程瑞旭.開孔沉箱式結構內部波浪沖擊壓力試驗研究[J].海洋工程,2019,37(1):37-45.

基于OpenFOAM三維多向畸形波數值模擬研究

崔  成1, 2,嚴  冰1, 2,左書華1, 2

(1. 交通運輸部天津水運工程科學研究所,天津 300456; 2. 港口水工建筑技術國家工程實驗室,天津 300456)

摘要:基于二次開發開源計算流體力學(CFD)軟件包OpenFOAM中的非穩態不可壓縮兩相流求解器interFoam建立數值模型,增加了基于方向譜的三維造波邊界和吸收邊界,成功模擬了三維多向畸形波過程。通過與模型試驗波面和目標譜對比,驗證了數值模型模擬三維多向畸形波的有效性。另外,分析了網格尺度和柯朗數對模擬結果的影響,并使用連長統計和SIWEH兩種方法分析了包含畸形波波列的群性。研究結果表明:在本研究范圍內,網格尺度設置0.02 m×0.01 m×0.02 m,最大柯朗數選擇0.25,模擬出的三維畸形波效果最好;從能量角度描述畸形波的群性更為合理。

關鍵詞:OpenFOAM;畸形波;數值模擬;方向譜;網格尺度;柯朗數

崔成,嚴冰,左書華.基于OpenFOAM 三維多向畸形波數值模擬研究[J].海洋工程,2019,37(1):46-55.

有限水深下獨立波群的能量變化試驗研究

赫巖莉,馬玉祥,馬小舟,董國海

(大連理工大學 海岸與近海工程國家重點實驗室 海洋工程研究所,遼寧 大連 116024)

摘要:為了研究獨立高斯型波群在中等水深條件下的非線性演化情況,進行了多種波況的物理試驗,重點分析了波浪各要素對波群非線性演化的影響。試驗結果表明,波陡在波群演化中占主導作用,其次是波群的譜寬,前者引起的非線性主要體現在高階諧波的能量變化而后者引起的非線性主要體現在自由波能量的變化。頻帶下移現象只在大波陡情況下才會發生,隨著波陡的增加,頻帶下移發生的相對更早,隨著波群的譜變窄,頻帶下移相對越明顯。波陡的增加會使得波群更早的開始分裂。大波陡的波群在演化中會發生破碎,破碎的類型以崩破為主,并且崩破是間歇發生的,連續崩破發生的距離約為1.0~1.5倍波長。此外,破碎引起的能量損耗主要來源于主頻和高頻成分波,耗散率約10%~18%,平均每個崩破能耗約為初始能量的2%。

關鍵詞:波群;波浪破碎;能量變化;波陡;波面演化;幅值譜

赫巖莉,馬玉祥,馬小舟,董國海.有限水深下獨立波群的能量變化試驗研究[J].海洋工程,2019,37(1):56-63.

新鶴海灣的演變特征及水沙模擬分析

孫志林,龔玉萌,許  丹,向文罡,羅居元,胡余發

(浙江大學 港口海岸與近海工程研究所,浙江 杭州 310058)

摘要:為準確把握新鶴海灣的演變特征和水動力條件,采用現場觀測和GIS技術對其地形變化、沖淤分布和沖淤量進行探討,并利用數值模擬分析波浪、潮流和泥沙共同作用對海灣演變的影響。結果表明:海灣演變對連續臺風的響應不同,表現為先沖后淤,其中蘇拉作用下的沖刷量為臺風過境后全年的2倍左右;受東南季風的影響,春夏沖淤幅度較大,海灣沖淤分布為南沖北淤,波高分布不均與漲潮流入灣時的向北偏轉是其主要原因;波流共同作用下的底床切應力約為潮流單獨作用時的10倍,波浪是導致海灣沖刷的主要因素,常浪下底床切應力小于臨界沖刷應力,泥沙不易起動,因此海灣沖刷主要是由極端天氣時的大浪所導致的。

關鍵詞:演變特征;水沙模擬;波浪;潮流;底床切應力;新鶴海灣

孫志林,龔玉萌,許丹,向文罡,羅居元,胡余發.新鶴海灣的演變特征及水沙模擬分析[J].海洋工程,2019,37(1):64-74.

深水S-lay管道形態和內力分析的分段解析方法

梁  輝,趙  巖,岳前進

(大連理工大學 工業裝備結構分析國家重點實驗室 運載工程與力學學部 工程力學系,遼寧 大連 116024)

摘要:考慮深水S型鋪設中離散均布托輥對上彎段管道的支撐作用,提出了管道鋪設形態和內力的分段解析求解方法,通過迭代搜索算法確定管道最佳反彎點和升離點的位置,結合剛性懸鏈線理論和歐拉梁彎曲理論,推導了管道的變形和內力的解析表達式。依據所建立的分段解析方法編制了相應的數值計算程序,以某3 000 m水深鋪設12 英寸管道為例,計算了管道形態和內力響應,與商用有限元軟件的數值分析結果進行對比,表明了分段解析方法的準確性和有效性。建立的方法具有較高的計算效率,為進一步開展S型鋪設參數的優化或可靠性研究提供了有力的手段。

關鍵詞:深水S-lay;離散均布托輥;分段解析方法;迭代搜索算法;管道鋪設形態

梁輝,趙巖,岳前進.深水S-lay 管道形態和內力分析的分段解析方法[J].海洋工程,2019,37(1):75-83.

基于EIFS和P-M的海底管道腐蝕疲勞壽命預測

李修波1, 2,余建星1, 2,譚玉娜1, 2,馮志強3,韓翔希3,符  妃3

(1. 天津大學 水利工程仿真與安全國家重點實驗室,天津 300072; 2. 高新船舶與深海開發裝備協同創新中心,上海 200240; 3. 欽州學院 機械與船舶海洋工程學院,廣西 欽州 535011)

摘要:鑒于腐蝕疲勞損傷的特殊性,研究了點蝕過程和腐蝕疲勞裂紋擴展過程。基于等效初始缺陷尺寸(EIFS)和線性累積損傷理論(P-M)方法,消除了點蝕形核、蝕坑生長及腐蝕疲勞短裂紋擴展對腐蝕疲勞壽命預測的影響;避免了基于單點蝕坑建立的腐蝕疲勞壽命預測表達式的弊端;合理地簡化了隨機荷載下腐蝕疲勞壽命的預測流程。利用現有試驗數據,對基于EIFS和P-M方法建立的腐蝕疲勞壽命預測表達式進行了模型驗證。結果顯示,所提模型的有效性和合理性得到了驗證,為工程實際中海底管道的腐蝕疲勞壽命預測提供了一種可行方法。

關鍵詞:腐蝕疲勞;等效初始缺陷尺寸;P-M;疲勞壽命;海底管道;隨機荷載

李修波,余建星,譚玉娜,馮志強,韓翔希,符妃.基于EIFS 和P-M 的海底管道腐蝕疲勞壽命預測[J].海洋工程,2019,37(1):84-92.

海上復雜地質條件下大直徑鋼管樁時效性試驗研究

胡興昊,王  幸,婁學謙,陳明杰

(中交四航工程研究院有限公司,廣東 廣州 510230)

摘要:通過對3根海上復雜地質條件下的大直徑鋼管樁采取高應變初打與不同休止時間復打相結合的試驗方法,得到不同休止時間鋼管樁承載力、側阻力及端阻力大小,以此對不同樁側土及持力層對鋼管樁時效性的影響進行了研究。研究結果表明: 1) 鋼管樁承載力時效性現象明顯,且隨時間增長迅速; 2) 鋼管樁側阻力的恢復系數遠大于端阻力; 3) 樁側黏性土強度的恢復是鋼管樁側阻力增加的主要原因; 4) 砂土層雖提供的側阻力較大,但其對側阻力增長的貢獻不如黏性土; 5) 持力層越硬,端阻力與承載力的恢復性越差。

關鍵詞:復雜地質條件;大直徑鋼管樁;時效性;高應變法;錘擊作用;持力層影響

胡興昊,王幸,婁學謙,陳明杰.海上復雜地質條件下大直徑鋼管樁時效性試驗研究[J].海洋工程,2019,37(1):93-100.

半潛平臺總體強度評估的譜分析法和設計波法對比

吉華宇1, 2,劉  俊1, 2,周  佳2, 3,王  璞2, 3

(1.上海交通大學 海洋工程國家重點實驗室,上海 200240; 2.上海交通大學 高新船舶與深海開發裝備協同創新中心,上海 200240; 3.中國船舶及海洋工程設計研究院,上海 200011)

摘要:采用譜分析方法對半潛平臺進行總體強度評估,驗證了譜分析方法的可操作性。利用譜分析法計算平臺關鍵連接部位處的應力水平,并與采用設計波法得到的應力結果進行比較,討論兩種方法之間的相關性。計算表明,譜分析法與設計波法存在一定的相關性,譜分析法的計算結果相對準確可靠,設計波法的計算精度依賴于選取的特征載荷工況,且目前規范推薦的載荷工況不夠全面。本研究成果可為類似平臺的總體強度分析提供參考。

關鍵詞:譜分析法;半潛平臺;總體強度;設計波法;強度評估;載荷因子;響應譜

吉華宇,劉俊,周佳,王璞.半潛平臺總體強度評估的譜分析法和設計波法對比[J].海洋工程,2019,37(1):101-107.

深水頂張式立管全耦合動力響應及參數敏感性分析

羅坤洪1,黃維平1,常  爽1,柳振海2

(1. 中國海洋大學 工程學院,山東 青島 266100; 2. 浙江省電力設計院,浙江 杭州 310012)

摘要:通過建立雙套管與油管的全耦合運動控制方程,使用Newmark-β法,運用Matlab軟件進行編程,對模型進行非線性時域動力耦合響應分析,分析在一定波浪環境,不同扶正器布置間距下,立管各層相同節點處耦合動力響應,研究各層管之間發生碰撞和摩擦的最大扶正器布置間距;分析相同扶正器布置間距下,不同頂張力系數對耦合動力響應的影響。結果表明:在波浪作用下,全耦合動力響應分析比等效管更能展現各層管的實際動力響應;扶正器布置間距與頂張力系數的取值不同,會影響各層立管的耦合響應與相對位移,取值不當時,立管會發生碰撞。

關鍵詞:頂張式立管;雙套管;全耦合;動力響應;敏感性;扶正器;頂張力系數;布置間距

羅坤洪,黃維平,常爽,柳振海.深水頂張式立管全耦合動力響應及參數敏感性分析[J].海洋工程,2019,37(1):108-116.

海洋工程固結錨的結構與特性初探

張午迪1,2,3,張民曦1,2,3,喻國良1,2,3

(1. 上海交通大學 海洋工程國家重點實驗室,上海 200240; 2. 高新船舶與深海開發裝備協同創新中心,上海 200240; 3.上海交通大學 船舶海洋與建筑工程學院,上海 200240)

摘要:介紹了一種擁有自主知識產權的海工固結錨技術,描述了該新型錨的內部結構和工作原理;并在室內對不同設計參數和使用工況的錨開展了垂向上拔試驗,初探了其抗拔能力。初步試驗表明:該新型錨具有超高的抓重比;其次生固結體顯著增加了錨體的剪切面積,從而大大提升了錨體的抗拔力;錨體結構上宜具有多個噴管且噴管管徑較粗,安裝過程中對固化劑的推進速度應較緩。該新型錨應具有良好的應用前景,但需對此進一步深入研究,以滿足其設計和工程應用的要求。

關鍵詞:海工固結錨;抓重比;固化劑;抗拔力;沉積海床;上拔試驗

張午迪,張民曦,喻國良.海洋工程固結錨的結構與特性初探[J].海洋工程,2019,37(1):117-126.

單元管件灌漿卡箍的吊裝及安裝設計研究

石  湘1,陳健仁1,尹崇達1,張  宇2

(1. 中國海洋大學 工程學院,山東 青島 266100; 2. 海洋石油工程股份有限公司維修公司,天津 300451)

摘要:針對用于單元管件的非自應力灌漿卡箍和膨脹式自應力灌漿卡箍,討論了灌漿卡箍水下安裝的幾個吊裝和安裝設計問題。首先介紹灌漿卡箍水下安裝的總體設計及其安裝步驟;然后進行了下水吊裝時保持卡箍進漿口在下、出漿口在上的姿態分析和設計,計算出了合適的吊裝懸掛距離;對幫助卡箍兩瓣自動包攏受損管件的一個輔助閉合機構進行了力學分析和液壓系統設計;介紹了卡箍對中及端部密封裝置的工作原理;最后介紹了卡箍安裝的海上試驗情況,列出了各工序安裝時間。為灌漿卡箍水下安裝技術走向實際工程應用提供了設計和試驗經驗。

關鍵詞:單元維修加固;灌漿卡箍;水下安裝;吊裝方法;輔助機構

石湘,陳健仁,尹崇達,張宇.單元管件灌漿卡箍的吊裝及安裝設計研究[J].海洋工程,2019,37(1):127-133.

多點液壓式波浪能海水淡化系統建模與仿真

胡  緣1,楊紹輝1,2,3,何宏舟1,2,3,陳  滬1,2,3,鄭松根1,2,3,張  迪1

(1.集美大學 輪機工程學院,福建 廈門 361021; 2.福建省能源清潔利用與開發重點實驗室,福建 廈門 361021; 3.海洋可再生能源裝備福建省高校重點實驗室,福建 廈門 361021)

摘要:為緩解淡水資源短缺及化石能源過度使用問題,提出多點液壓式波浪能海水淡化系統,該系統主要由采能裝置、液壓傳遞系統與反滲透膜海水淡化設備組成。系統的采能裝置采用振蕩浮子式,可將波浪能轉換為浮子振蕩從而被液壓系統吸收達到采集波浪能的目的。為了提高液壓式波浪能海水淡化系統的采能效率及淡水率,利用AMEsim軟件對液壓傳遞系統進行建模與仿真,分析了蓄能器、浮子個數及波高對液壓傳遞系統輸出響應的影響。結果表明:蓄能器能夠使液壓馬達的輸出響應更加穩定;當浮子的數量增加時,液壓系統達到穩定的運行狀態所需的時間更短,從而有利于提高系統的效率;波高在 2 m 左右時,本系統的產水量達到最大。

關鍵詞:波浪能;液壓系統;采能效率;淡水率;海水淡化

胡緣,楊紹輝,何宏舟,陳滬,鄭松根,張迪.多點液壓式波浪能海水淡化系統建模與仿真[J].海洋工程,2019,37(1):134-141.

海洋系泊工程中合成纖維系纜研究述評

連宇順1,劉海笑2

(1. 河海大學 港口海岸與近海工程學院,江蘇 南京 210098; 2. 天津大學 建筑工程學院,天津 300072)

摘要:在回顧合成纖維纜繩的分類和工程應用的基礎上,概述了各類纖維纜繩的優缺點和工程適用性。介紹了合成纖維系纜實驗技術的國內外研究進展,并綜述了合成纖維纜繩的破斷強度、動剛度、蠕變、蠕變回復、蠕變破斷和疲勞破壞的研究現狀,在此基礎上展望了今后需要繼續開展的合成纖維系纜研究方向。這將為海洋系泊工程中合成纖維系纜的研究和應用提供重要參考。

關鍵詞:繃緊式系泊系統;聚酯纜繩;系纜力學性能;系泊工程;深海纖維系纜

連宇順,劉海笑.海洋系泊工程中合成纖維系纜研究述評[J].海洋工程,2019,37(1):142-154.

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