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南京水利科學研究院 《海洋工程》2008年第2期摘要

時間: 2013-02-26 14:50 來源: 未知 作者: huawen 點擊: 次

深海立柱式平臺概念設(shè)計研究 張 帆，楊建民，李潤培，柳存根 （上海交通大學 海洋工程國家重點試驗室，上海200030） 摘要：以上海交通大學海洋工程國家重點實驗室提出的多柱桁架式立柱平臺（Cell-Truss Spar）概念為例，對Spar平臺的概念設(shè)計方法和過程進行

深海立柱式平臺概念設(shè)計研究

張 帆，楊建民，李潤培，柳存根

（上海交通大學 海洋工程國家重點試驗室，上海200030）

摘要：以上海交通大學海洋工程國家重點實驗室提出的多柱桁架式立柱平臺（Cell-Truss Spar）概念為例，對Spar平臺的概念設(shè)計方法和過程進行了初步的研究，并對其水動力性能進行理論和數(shù)值計算，分析一些影響Spar平臺運動性能的參數(shù)。設(shè)計涉及到兩方面的問題：一是設(shè)計方法、流程以及結(jié)構(gòu)物的形式；二是水動力性能。整個設(shè)計流程是一個不斷循環(huán)的交互式的過程，需要考慮很多方面因素的影響。?

關(guān)鍵詞：立柱式平臺；概念設(shè)計；水動力性能

海洋平臺張力腿非線性動力響應(yīng)

徐萬海,曾曉輝，吳應(yīng)湘

（中國科學院 力學研究所，北京 100080）

摘要：采用非線性梁模型，充分考慮張力腿軸向與流向的耦合效應(yīng)及平臺運動對張力腿的作用，運用Galerkin法進行分析求解，研究不同的長徑比（L/D）情況下，彎曲剛度和非線性耦合效應(yīng)的影響，以期得到更適用于實際的張力腿簡化模型。

關(guān)鍵詞：AR(p)；長徑比；Galerkin法；參數(shù)振動；受迫振動；張力腿

低速運動船只撞擊埋置框架結(jié)構(gòu)動力分析模型

朱 斌1,2 ，陳仁朋1,2 ，羅 軍1,2 ，陳云敏1,2

（1．浙江大學 土木系，杭州 310027；2.浙江大學 軟弱土與環(huán)境土工教育部重點實驗室,杭州 310027）

摘要：通過引入合理的撞擊模型，建立了水面運動船只低速撞擊埋置框架結(jié)構(gòu)的傳遞矩陣-節(jié)點耦合矩陣動力分析模型。該模型可模擬船只與結(jié)構(gòu)在撞擊過程中的短暫脫離，并分析撞擊力時程曲線和整個撞擊系統(tǒng)的動力響應(yīng)。與有限元方法的比較驗證了結(jié)構(gòu)傳遞矩陣-節(jié)點耦合矩陣動力分析方法的有效性。不同于規(guī)范計算方法，分析發(fā)現(xiàn)撞擊過程中的最大撞擊力不僅與船只的初始動能有關(guān)，還受船只與結(jié)構(gòu)間的接觸剛度及結(jié)構(gòu)的自身剛度影響，這兩種剛度越大，則最大撞擊力也越大，撞擊持續(xù)時間則越短，而撞擊力時程曲線的振蕩越明顯，甚至在船只撞擊結(jié)構(gòu)后的很短時間內(nèi)就可能產(chǎn)生較大的撞擊力峰值。

關(guān)鍵詞：船只；撞擊；框架結(jié)構(gòu)；傳遞矩陣；撞擊力。

方向分布對三維聚焦波浪波面特性影響研究

李金宣1 ，柳淑學1 孫一艷1 HONG Keyyong2

（1．大連理工大學 海岸及近海工程國家重點實驗室，大連 116023；2.Maritime and Ocean Engineerintg Research Institute,Daejeon 305-403,Korea）

摘要: 波浪聚焦被認為是產(chǎn)生極限波浪的重要機理之一，近年來受到普遍重視。通過高階譜方法，引入造波邊界建立數(shù)值計算模型，模擬聚焦波浪在不同方向分布時的產(chǎn)生和聚焦過程，研究波浪的方向分布對聚焦波浪的波面、波峰最大值、聚焦點的偏移、波面參數(shù)及頻譜的影響。研究結(jié)果表明波浪方向分布越窄，波浪的非線性影響越強、波面越陡，波峰值、聚焦點的偏移和波面特征參數(shù)都越大；同時方向分布對波浪聚焦前后的能量具有很大的影響。

關(guān)鍵詞：譜方法；聚焦波；極限波；多向波?

港域波浪數(shù)學模型的改進與驗證

潘軍寧, 左其華, 王登婷
（南京水利科學研究院 水文水資源與水利工程國家重點實驗室，南京 210029）

摘 要：通過物理模型對改進的港內(nèi)波浪傳播變形數(shù)學模型進行驗證。該數(shù)學模型以推廣的時變緩坡方程為控制方程，采用含松弛因子的ADI法求解，并對波浪反射和透射邊界模擬方法進行改進。先通過物理模型試驗確定斜向浪入射條件下拋石防波堤前的波浪反射系數(shù)，作為數(shù)學模型中部分反射邊界模擬的依據(jù)。然后進行了一個典型港口內(nèi)波浪折射、繞射和反射的模型試驗，測量港內(nèi)波浪分布。對比模型試驗和數(shù)學模型計算的結(jié)果表明，數(shù)學模型可較好地模擬港內(nèi)復(fù)雜地形和邊界條件下規(guī)則波和不規(guī)則波的傳播變形。

關(guān)鍵詞：波浪；緩坡方程；數(shù)學模型；邊界條件；驗證

強潮河口三維無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格鹽度數(shù)學模型

王志力, 陸永軍, 左利欽
（南京水利科學研究院 水文水資源與水利工程科學國家重點實驗室，南京210024）

摘 要：采用平面無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格和垂向直接分層，建立了強潮河口鹽度三維斜壓力數(shù)學模型。無結(jié)構(gòu)網(wǎng)格使模型能夠適應(yīng)河口復(fù)雜的邊界，并可以根據(jù)需要進行局部加密。Casulli的半隱式法離散模型水位梯度和垂項紊動擴散項，克服了水位梯度和垂項紊動擴散對模型穩(wěn)定性的影響，Semi?Lagrangian法用于模型對流項的離散，使模型具有“無條件”穩(wěn)定性。采用水池風生流和鹽度異重流算例檢驗了模型，并應(yīng)用模型模擬了強潮河口（甌江口）的潮流鹽度運動，計算和實測結(jié)果進行比較，表明該模型是準確、可靠的。

關(guān)鍵詞：強潮河口；非結(jié)構(gòu)網(wǎng)格；半隱式格式；Semi-Lagrangian法?

同向流中橢圓噴口射流摻混特性實驗研究

高 柱1,陳和春1,唐洪武2,陳 紅2
（1.三峽大學 土木水電學院，宜昌 443002；2.河海大學 水利水電工程學院,南京 210098)
摘 要：采用激光誘導熒光技術(shù)（laser induced fluorescence?LIF）對同向流動環(huán)境中具有不同噴口高寬比（aspect ratio?AR）、射流比（velocity ratioVR）的橢圓噴口射流與圓噴口射流的標量物質(zhì)濃度場進行可視化和定量化研究。系統(tǒng)研究了同向流動環(huán)境中橢圓噴口射流濃度場的各種摻混稀釋特性：中心線稀釋度，射流擴展寬度，下游不同斷面上的時均濃度分布和紊動強度分布。采用紊流理論和量綱分析方法對實驗數(shù)據(jù)進行分析討論，給出同向流動環(huán)境中受動量控制的橢圓射流稀釋度預(yù)報方法，提出該類橢圓射流稀釋度預(yù)報方法歸并到已有圓射流系列預(yù)報模型中的實現(xiàn)途徑，比較了具有相同出口超值動量Me0的圓射流與橢圓射流的沿程稀釋度變化。由于橢圓射流比圓射流具有更高的稀釋度增長比率，說明橢圓射流比圓射流具有更好的摻混稀釋效果。

關(guān)鍵詞：橢圓射流；稀釋度預(yù)報；LIF技術(shù)；同向流

淺水非線性波作用下沙質(zhì)底床孔隙水壓力響應(yīng)數(shù)值分析

程永舟1.2.3 ，王永學2 ，蔣昌波1.3

（1.長沙理工大學 水利學院，長沙 410076；2. 大連理工大學 海岸及近海工程國家重點實驗室，大連 116024；3.水沙科學與水災(zāi)害防治湖南省重點實驗室,長沙 410076）

摘 要：近岸水深較淺，波浪具有較強的非線性，海床破壞與波浪作用下孔隙水壓力的分布有著密切的關(guān)系。波浪場控制方程采用雷諾時均方程和k-ε紊流模型，入射波彩采用橢圓余弦波，采用PLIC-VOF法追蹤自由表面；海床域以Biot動力固結(jié)理論為基礎(chǔ),建立了非線性波浪與海床相互作用的弱耦合數(shù)學模型,獲得橢圓余弦波作用下沙質(zhì)海床中孔隙水壓力響應(yīng)規(guī)律。計算結(jié)果表明,與線性波浪相比，淺水非線性波作用下沙質(zhì)海床中孔隙水壓力幅值增大非常顯著。

關(guān)鍵詞：非線性波浪；沙質(zhì)底床；孔隙水壓力；耦合模型比

均質(zhì)地基上淺埋矩形基礎(chǔ)極限承載力上限分析

欒茂田1,2 ，張其一1,2 ，楊慶1,2 ，王志云1,2

（1.大連理工大學土木水利學院巖土工程研究所，大連116024；2.大連理工大學 海岸及近海工程國家重點實驗室，大連 116024）

摘 要：基于土體塑性極限分析理論，推導一般黏性土地基上矩形基礎(chǔ)承載力的上限解。為了證實上限解的合理性與適用性，采用大型通用有限元分析軟件ABAQUS進行數(shù)值分析，并分別與Vesic理論解和Salgado et al理論解進行了對比。結(jié)果表明，推導的三維矩形基礎(chǔ)上限解能較好地計算黏性土地基的極限承載力。

關(guān)鍵詞：上限分析；速度場；極限承載力；矩形基礎(chǔ)；ABAQUS?

線彈性土壤中埋設(shè)懸跨管道的彎曲和振動特性

邢靜忠1，柳春圖2
（1.天津工業(yè)大學機械電子學院，天津 300160；2.中國科學院 力學研究所,北京 100080)

摘 要：利用細長梁小撓度理論，研究給出了兩端埋設(shè)在線彈性土壤中的懸跨段管道和埋設(shè)段管道在自重作用下的變形和內(nèi)力公式�；陟o撓度公式，用能量法給出了第一階彎曲振動的 固有頻率公式。討論了不同土壤剛度條件下懸跨段管道的變形和內(nèi)力特征，以及第一階彎曲振動固有頻率，并和工程上推薦使用的簡支梁和兩端固支梁的靜動態(tài)特性進行比較。研究表 明在跨度大、土壤剛度大、管道彎曲剛度較小時無量綱土壤剛度系數(shù)較大，埋設(shè)段管道對懸跨段管道的剛度約束比較大，懸跨段管道可以近似按兩端固支梁模型來模擬；反之，只有在 土壤剛度系數(shù)較小的幾個參數(shù)點上，懸跨管道的靜動力特性等價于簡支梁模型。

關(guān)鍵詞：懸跨管道；彈性地基梁；埋設(shè)懸跨；小撓度理論；固有頻率??

海底管線地震應(yīng)力影響分析

張小玲1 ，欒茂田1,2,3，郭瑩1,2 ，曲鵬1

（1.大連理工大學土木水利學院巖土工程研究所，大連 116024；2. 大連理工大學 海岸及近海工程國家重點實驗室，大連 116024；3.中國科學院武漢巖土力學研究所,武漢 430071）

摘 要：基于Biot動力固結(jié)理論建立海床?管線相互作用的計算模型。利用粘彈性人工邊界，以大型有限元軟件ADINA為平臺對El Centro地震波作用下的海底管線的動力響應(yīng)進行分析，重 點討論管線覆蓋層幾何形狀以及海床土各向異性對海床土體的孔隙水壓力和管線內(nèi)應(yīng)力的影響，更為實際地反映了海底管線的地震應(yīng)力作用。

關(guān)鍵詞：海底管線；孔隙水壓力；地震荷載；粘彈性人工邊界??

可燃氣體泄漏爆炸下海洋平臺數(shù)值仿真計算

王珂， 尹群，嵇春艷，蘇艷艷

（江蘇科技大學船舶與海洋工程學院，鎮(zhèn)江212003）

摘 要：用等效TNT方法計算了海洋平臺復(fù)雜結(jié)構(gòu)在油氣爆炸沖擊波作用下的動態(tài)響應(yīng)，采用MSC.DYT RAN中的多歐拉-拉格朗日耦合方法進行數(shù)值模擬研究。用多歐拉域模擬結(jié)構(gòu)內(nèi)外空氣中爆炸 沖擊波傳播情況，用快速耦合方法計算結(jié)構(gòu)和流體的耦合作用。模擬結(jié)果顯示：在油氣爆炸沖擊波的作用下，平臺艙室變形、失效后破裂，沖擊波通過破口傳入平臺其它艙室；研究了平臺各層甲板、艙壁等構(gòu)件的吸能情況，為平臺的結(jié)構(gòu)設(shè)計和結(jié)構(gòu)加強打下基礎(chǔ)。

關(guān)鍵詞：氣體爆炸；海洋平臺；多歐拉-拉格朗日耦合；數(shù)值計算?

錢塘江強潮河段江道縮窄治理研究

陳來華，潘存鴻

（浙江省水利河口研究院，杭州 310020）

摘 要:對錢塘江強潮河段江道縮窄治理進行研究。首先，回顧治理方案的比選，江道全線縮窄時河軸線線路和河道寬度的確定原則，以及不同河段的指數(shù)放寬率。然后，介紹了在涌潮洶涌、灘涂淤坍變化劇烈的強潮河段，實施筑堤所采取的工程措施的步序與要點。最后，分析論證了大規(guī)模江道縮窄治理后河床、潮汐、洪水位及涌潮高度等特征值的變化。可供進一步深入理論研究和工程施工參考運用。

關(guān)鍵詞：河口治理；方案比選；江道縮窄；指數(shù)放寬；工程措施；特征變化

一次東北季風過程下珠江口磨刀門河口環(huán)流研究

劉歡1,超羽2, ,包蕓1,2 ,溫晶3

（1.中山大學工學院力學系，廣州 510275；2.中山大學 近岸海洋研究中心,廣州 510275；3.廣東省氣象局,廣州 510080)

摘 要:根據(jù)2003年12月9日至15日的大、中潮同步水文觀測資料及江門市斗門縣氣象局關(guān)于風的氣象資料，結(jié)合Ecomsed三維斜壓模型，對東北季風過程下的磨刀門垂向環(huán)流進行研究。通過理論分析和模型計算，表明向海的冬季風對河口垂向環(huán)流的形成起著重要的作用。風的作用有加強徑流效果，加大了表層水體向下游的流動，同時底層水體的上溯使該地區(qū)形成了穩(wěn)定的垂向環(huán)流。統(tǒng)計氣象資料推斷，枯季期間磨刀門水道出現(xiàn)垂向環(huán)流現(xiàn)象的時間約占總天數(shù)的51％。

關(guān)鍵詞：冬季風；磨刀門；河口環(huán)流；Ecomsed模型?

新奧爾良防洪工程體系破壞原因分析與研究

黃岳文1, 余雄2

（1.廣州市水利水電勘測設(shè)計研究院，廣州 510640；2.Department of civil Engineering,Case Western Researve University,Cleveland OH 44106-7201）

摘 要:通過颶風卡特里娜對新奧爾良防洪工程體系破壞情況的回顧并分析其破壞原因，結(jié)合其它海堤的建設(shè)情況，總結(jié)防洪工程體系建設(shè)經(jīng)驗教訓。認為防洪工程建設(shè)應(yīng)有系統(tǒng)工程的觀念，并基于風險分析進行設(shè)計；筑堤土料盡量采用抗沖能力強的粘土或采用抗沖性能差的土料時應(yīng)有相應(yīng)的防護措施；注意堤防的防護設(shè)計，特別是生物措施的利用；強調(diào)應(yīng)重視工程地質(zhì)參數(shù)的正確選取。

關(guān)鍵詞：颶風卡特里娜；新奧爾良；防洪工程體系；經(jīng)驗教訓?

基于蟻群算法深海采礦機器人工作路徑規(guī)劃

史春雪,卜英勇,羅柏文,楊勃

（中南大學機電工程學院，長沙 410083）

摘 要:針對深海采礦機器人路徑規(guī)劃問題，提出一種適合于采礦作業(yè)的改進蟻群算法。該算法利用位圖法建立環(huán)境模型，依據(jù)構(gòu)型空間的思想將路徑規(guī)劃問題簡化為質(zhì)點運動問題；利用改進的蟻群算法對問題進行描述，蟻群搜索中采用鄰居搜索原則和中線偏移策略。最后通過仿真實驗表明，，該算法精度高，在海底環(huán)境中，能夠完成機器人采礦作業(yè)的要求。?

關(guān)鍵詞：采礦機器人；路徑規(guī)劃；蟻群算法?

現(xiàn)場波浪觀測技術(shù)發(fā)展和應(yīng)用

左其華

（南京水利科學研究院，南京 210029）

摘 要:介紹與海洋工程有關(guān)的應(yīng)用于水下、水面、水上和太空不同空間位置的現(xiàn)場波浪觀測技術(shù)。根據(jù)不同儀器量測的基本原理，分析其對工程應(yīng)用的適合性和局限性；并討論了現(xiàn)場 波浪觀測的發(fā)展趨勢以及我國應(yīng)采取的對策。

關(guān)鍵詞：海洋工程；波浪觀測技術(shù)；發(fā)展趨勢

Spar平臺與剛性立管及浮力罐耦合動力研究綜述

王穎,楊建民,肖龍飛

（上海交通大學海洋工程國家重點實驗室, 上海 200030）

摘 要:Spar平臺是深水和超深水海域中極具競爭力的平臺類型。Spar平臺中剛性立管頂端所需的張力由月池內(nèi)部的浮力罐提供，浮力罐在水平方向由導向架支撐。平臺運動過程中，浮力罐及立管與平臺主體發(fā)生相對運動和相互動力作用，在水平方向上發(fā)生帶有空隙效應(yīng)的碰撞現(xiàn)象，在垂向產(chǎn)生庫侖摩擦效應(yīng)。這是一種復(fù)雜的非線性多點接觸耦合動力現(xiàn)象，對平臺主體和浮力罐的運動及性能都有著重要影響。因此，無論從平臺主體設(shè)計及水動力性能方面，還是從浮力罐疲勞分析及安全性方面考慮，都有必要對Spar平臺與浮力罐之間的耦合動力作用進行深入的研究。在介紹目前國際上Spar平臺與浮力罐相關(guān)研究情況及進展的基礎(chǔ)上,提出了今后研究的有關(guān)建議。

關(guān)鍵詞：Spar平臺；浮力罐；耦合運動；剛性立管；導向架

深海石油平臺及其錨固基礎(chǔ)形式評述

李颯1, 韓志強2, 王圣強1, 董艷秋1, 要明倫1

(1.天津大學建筑工程學院,天津 300072；2.中國船級社 天津分社,天津市300457）

摘 要:隨著全球?qū)δ茉葱枨罅康牟粩嘣黾�，海上石油開發(fā)逐漸向深海甚至超深海范圍發(fā)展，傳統(tǒng)的海洋平臺已經(jīng)不能滿足海洋油氣開發(fā)的需要。順應(yīng)式塔式平臺（CT或CPT）、張力腿式平臺（TLP）、迷你張力腿式平臺（Mini?TLP）、Spar平臺、水下生產(chǎn)系統(tǒng)（Subsea System）、浮式生產(chǎn)系統(tǒng)（FPS）和浮式生產(chǎn)儲油裝置（FPSO）等各種結(jié)構(gòu)形式被用于深海的開發(fā)。隨著水深的發(fā)展，系泊系統(tǒng)（含錨固基礎(chǔ)）成為平臺的關(guān)鍵部分。深入了解這些結(jié)構(gòu)各自的特點、使用情況以及錨固方法，將有助于我國深海石油事業(yè)的發(fā)展。

關(guān)鍵詞：深海；結(jié)構(gòu)形式；錨泊系統(tǒng)；錨固基礎(chǔ)

 

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