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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点击数:字号:【

楔形物体在静水与波浪中自由入水砰击试验研究

邹  丽1, 2,李振浩1,孙铁志1,马伟佳3,裴玉国1

(1. 大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室 船舶工程学院,辽宁 大连 116024; 2. 高技术船舶与深海开发装备协同创新中心,上海 200240; 3. 哈尔滨工程大学 船舶工程学院,黑龙江 哈尔滨 150001)

摘要:通过自由落体的入水方式,分别在静水和规则波中开展了两种不同横剖面的曲面楔形体入水砰击问题试验研究。使用高速摄像系统记录楔形体入水过程流场演变和运动特性,采用加速度传感器和压力传感器进行数据的动态采集。试验结果表明,在静水中入水时,外凸剖面楔形体入水砰击后模型两侧的射流飞溅比反曲剖面更剧烈,而在楔形体前端的水面以下部分形成的气腔更小;在规则波中入水时,对于相同模型,在波峰和上跨零点相位下模型入水砰击后两侧的射流飞溅比在波谷相位更剧烈。相同工况时,反曲剖面模型所受砰击的加速度峰值和压力峰值更小;在相同的入水速度下,对于相同模型,波浪载荷和砰击载荷的共同作用会使模型所受砰击压力显著增大。

关键词:规则波;曲面楔形体;波浪入水;砰击;外凸剖面;反曲剖面;流固耦合

邹丽,李振浩,孙铁志,马伟佳,裴玉国.楔形物体在静水与波浪中自由入水砰击试验研究[J].海洋工程,2019,37(1):1-11.

新型干树式半潜平台浮体结构设计研究

李建勋1,凌  进1,王仁军1,郁  芳1,刘木南2,唐修俊2,王中念2

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

摘要:为适应中国南海深水区域的油气田开发,研发出了一种具有渐变式立柱的深吃水干树式半潜钻井/生产平台(TCDD-Semi)。平台的浮体采用了深吃水、变截面长立柱构型,即向底部逐渐扩大的渐变截面形式。结合干树式深吃水半潜平台的研发过程,通过采用压缩空气压载系统、全注水下浮体、压缩空气水密检测以及水密面板的三级正交加强筋设计等新兴技术,极大地提高了钢材的利用效率,达到了节省材料、减轻浮体自重的目的。对浮体的有限元(FEM)整体分析结果表明,浮体结构设计满足各工况强度要求。

关键词:半潜式平台;干式采油树;压缩空气压载系统;三级加强筋;结构强度分析

李建勋,凌进,王仁军,郁芳,刘木南,唐修俊,王中念.新型干树式半潜平台浮体结构设计研究[J].海洋工程,2019,37(1):12-19.

半潜式浮式风机支撑平台首摇运动特性分析

陈嘉豪1, 2,胡志强3

(1. 上海交通大学 海洋工程国家重点实验室,上海 200240; 2. 高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海 200240; 3. 纽卡斯尔大学 工程学院,英国 纽卡斯尔 NE17RU)

摘要:借助FAST软件对OC4半潜式浮式风机平台进行数值计算,分析了影响海上浮式风机平台首摇运动的一系列重要因素及其变化规律(如风向变化、浪向变化、陀螺力矩等)。研究了平台首摇运动所诱导的风机系统动力响应,发现浮式风机首摇运动不仅会加剧平台耦合运动响应,而且还会影响风机的气动性能和加剧锚泊张力波动。提出并探讨了几种减小海上浮式风机支撑平台首摇运动的方法。

关键词:半潜式海上浮式风机;首摇运动;动力响应;数值计算;陀螺力矩

陈嘉豪,胡志强.半潜式浮式风机支撑平台首摇运动特性分析[J].海洋工程,2019,37(1):20-28.

波浪溢流作用下海堤内坡高性能加筋草皮护坡防侵蚀特征研究

潘  毅1, 2,张同鑫1, 2,周子骏1, 2,陈永平1, 2

(1. 河海大学 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室,江苏 南京 210098; 2. 河海大学港口海岸与近海工程学院,江苏 南京 210098)

摘要:基于1∶1的大型水槽试验结果,分析了波浪溢流过程中位于海堤内坡的高性能加筋草皮护面的侵蚀特征。试验观察表明试验期间有一定土壤的损失,但护坡无明显的破坏;土面高度测量表明,当土壤流失发展到一定深度后,如果水动力强度变化不大,侵蚀趋于逐渐停止,这种现象称为侵蚀上限;结合试验现象对侵蚀上限进行了初步解释,并讨论了侵蚀上限达到前的侵蚀速率特征;植株密度监测表明,试验期间的草茎密度基本不变,草叶密度在开始几次试验期间持续减小,而后达到一个稳定值,这对于海堤的可持续防护有重要意义。研究成果能够为波浪溢流期间海堤内坡防御的相关研究和工程措施提供参考依据。

关键词:波浪溢流;海堤;内坡;高性能加筋草皮;土壤侵蚀;植被损失;侵蚀速率

潘毅,张同鑫,周子骏,陈永平.波浪溢流作用下海堤内坡高性能加筋草皮护坡防侵蚀特征研究[J].海洋工程,2019,37(1):29-36.

开孔沉箱式结构内部波浪冲击压力试验研究

孙宏月,孙昭晨,梁书秀,杨  健,程瑞旭

(大连理工大学 海岸与近海工程国家重点实验室,辽宁 大连 116024)

摘要:为研究在不同比尺模型下,透空式海洋结构中开孔沉箱内部受力与入射波浪的关系及差异,针对简化的上部开孔箱体海洋结构,选取两组不同尺寸模型进行了多组规则波物理模型试验。首先采用低通滤波方法分析了冲击力的不同组分,然后对比了两组模型内部所受冲击力的分布及波要素与箱体内部受力的关系。研究发现,波面对开口的淹没程度是影响冲击过程的主要因素;当模型尺寸发生变化时,开孔箱体内部所受波浪力与入射波要素的关系也发生了变化。

关键词:波浪力;开孔沉箱;海洋结构物;波浪冲击;波要素

孙宏月,孙昭晨,梁书秀,杨健,程瑞旭.开孔沉箱式结构内部波浪冲击压力试验研究[J].海洋工程,2019,37(1):37-45.

基于OpenFOAM三维多向畸形波数值模拟研究

崔  成1, 2,严  冰1, 2,左书华1, 2

(1. 交通运输部天津水运工程科学研究所,天津 300456; 2. 港口水工建筑技术国家工程实验室,天津 300456)

摘要:基于二次开发开源计算流体力学(CFD)软件包OpenFOAM中的非稳态不可压缩两相流求解器interFoam建立数值模型,增加了基于方向谱的三维造波边界和吸收边界,成功模拟了三维多向畸形波过程。通过与模型试验波面和目标谱对比,验证了数值模型模拟三维多向畸形波的有效性。另外,分析了网格尺度和柯朗数对模拟结果的影响,并使用连长统计和SIWEH两种方法分析了包含畸形波波列的群性。研究结果表明:在本研究范围内,网格尺度设置0.02 m×0.01 m×0.02 m,最大柯朗数选择0.25,模拟出的三维畸形波效果最好;从能量角度描述畸形波的群性更为合理。

关键词:OpenFOAM;畸形波;数值模拟;方向谱;网格尺度;柯朗数

崔成,严冰,左书华.基于OpenFOAM 三维多向畸形波数值模拟研究[J].海洋工程,2019,37(1):46-55.

有限水深下独立波群的能量变化试验研究

赫岩莉,马玉祥,马小舟,董国海

(大连理工大学 海岸与近海工程国家重点实验室 海洋工程研究所,辽宁 大连 116024)

摘要:为了研究独立高斯型波群在中等水深条件下的非线性演化情况,进行了多种波况的物理试验,重点分析了波浪各要素对波群非线性演化的影响。试验结果表明,波陡在波群演化中占主导作用,其次是波群的谱宽,前者引起的非线性主要体现在高阶谐波的能量变化而后者引起的非线性主要体现在自由波能量的变化。频带下移现象只在大波陡情况下才会发生,随着波陡的增加,频带下移发生的相对更早,随着波群的谱变窄,频带下移相对越明显。波陡的增加会使得波群更早的开始分裂。大波陡的波群在演化中会发生破碎,破碎的类型以崩破为主,并且崩破是间歇发生的,连续崩破发生的距离约为1.0~1.5倍波长。此外,破碎引起的能量损耗主要来源于主频和高频成分波,耗散率约10%~18%,平均每个崩破能耗约为初始能量的2%。

关键词:波群;波浪破碎;能量变化;波陡;波面演化;幅值谱

赫岩莉,马玉祥,马小舟,董国海.有限水深下独立波群的能量变化试验研究[J].海洋工程,2019,37(1):56-63.

新鹤海湾的演变特征及水沙模拟分析

孙志林,龚玉萌,许  丹,向文罡,罗居元,胡余发

(浙江大学 港口海岸与近海工程研究所,浙江 杭州 310058)

摘要:为准确把握新鹤海湾的演变特征和水动力条件,采用现场观测和GIS技术对其地形变化、冲淤分布和冲淤量进行探讨,并利用数值模拟分析波浪、潮流和泥沙共同作用对海湾演变的影响。结果表明:海湾演变对连续台风的响应不同,表现为先冲后淤,其中苏拉作用下的冲刷量为台风过境后全年的2倍左右;受东南季风的影响,春夏冲淤幅度较大,海湾冲淤分布为南冲北淤,波高分布不均与涨潮流入湾时的向北偏转是其主要原因;波流共同作用下的底床切应力约为潮流单独作用时的10倍,波浪是导致海湾冲刷的主要因素,常浪下底床切应力小于临界冲刷应力,泥沙不易起动,因此海湾冲刷主要是由极端天气时的大浪所导致的。

关键词:演变特征;水沙模拟;波浪;潮流;底床切应力;新鹤海湾

孙志林,龚玉萌,许丹,向文罡,罗居元,胡余发.新鹤海湾的演变特征及水沙模拟分析[J].海洋工程,2019,37(1):64-74.

深水S-lay管道形态和内力分析的分段解析方法

梁  辉,赵  岩,岳前进

(大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室 运载工程与力学学部 工程力学系,辽宁 大连 116024)

摘要:考虑深水S型铺设中离散均布托辊对上弯段管道的支撑作用,提出了管道铺设形态和内力的分段解析求解方法,通过迭代搜索算法确定管道最佳反弯点和升离点的位置,结合刚性悬链线理论和欧拉梁弯曲理论,推导了管道的变形和内力的解析表达式。依据所建立的分段解析方法编制了相应的数值计算程序,以某3 000 m水深铺设12 英寸管道为例,计算了管道形态和内力响应,与商用有限元软件的数值分析结果进行对比,表明了分段解析方法的准确性和有效性。建立的方法具有较高的计算效率,为进一步开展S型铺设参数的优化或可靠性研究提供了有力的手段。

关键词:深水S-lay;离散均布托辊;分段解析方法;迭代搜索算法;管道铺设形态

梁辉,赵岩,岳前进.深水S-lay 管道形态和内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的海底管道腐蚀疲劳寿命预测

李修波1, 2,余建星1, 2,谭玉娜1, 2,冯志强3,韩翔希3,符  妃3

(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. 高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海 200240; 3. 钦州学院 机械与船舶海洋工程学院,广西 钦州 535011)

摘要:鉴于腐蚀疲劳损伤的特殊性,研究了点蚀过程和腐蚀疲劳裂纹扩展过程。基于等效初始缺陷尺寸(EIFS)和线性累积损伤理论(P-M)方法,消除了点蚀形核、蚀坑生长及腐蚀疲劳短裂纹扩展对腐蚀疲劳寿命预测的影响;避免了基于单点蚀坑建立的腐蚀疲劳寿命预测表达式的弊端;合理地简化了随机荷载下腐蚀疲劳寿命的预测流程。利用现有试验数据,对基于EIFS和P-M方法建立的腐蚀疲劳寿命预测表达式进行了模型验证。结果显示,所提模型的有效性和合理性得到了验证,为工程实际中海底管道的腐蚀疲劳寿命预测提供了一种可行方法。

关键词:腐蚀疲劳;等效初始缺陷尺寸;P-M;疲劳寿命;海底管道;随机荷载

李修波,余建星,谭玉娜,冯志强,韩翔希,符妃.基于EIFS 和P-M 的海底管道腐蚀疲劳寿命预测[J].海洋工程,2019,37(1):84-92.

海上复杂地质条件下大直径钢管桩时效性试验研究

胡兴昊,王  幸,娄学谦,陈明杰

(中交四航工程研究院有限公司,广东 广州 510230)

摘要:通过对3根海上复杂地质条件下的大直径钢管桩采取高应变初打与不同休止时间复打相结合的试验方法,得到不同休止时间钢管桩承载力、侧阻力及端阻力大小,以此对不同桩侧土及持力层对钢管桩时效性的影响进行了研究。研究结果表明: 1) 钢管桩承载力时效性现象明显,且随时间增长迅速; 2) 钢管桩侧阻力的恢复系数远大于端阻力; 3) 桩侧黏性土强度的恢复是钢管桩侧阻力增加的主要原因; 4) 砂土层虽提供的侧阻力较大,但其对侧阻力增长的贡献不如黏性土; 5) 持力层越硬,端阻力与承载力的恢复性越差。

关键词:复杂地质条件;大直径钢管桩;时效性;高应变法;锤击作用;持力层影响

胡兴昊,王幸,娄学谦,陈明杰.海上复杂地质条件下大直径钢管桩时效性试验研究[J].海洋工程,2019,37(1):93-100.

半潜平台总体强度评估的谱分析法和设计波法对比

吉华宇1, 2,刘  俊1, 2,周  佳2, 3,王  璞2, 3

(1.上海交通大学 海洋工程国家重点实验室,上海 200240; 2.上海交通大学 高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海 200240; 3.中国船舶及海洋工程设计研究院,上海 200011)

摘要:采用谱分析方法对半潜平台进行总体强度评估,验证了谱分析方法的可操作性。利用谱分析法计算平台关键连接部位处的应力水平,并与采用设计波法得到的应力结果进行比较,讨论两种方法之间的相关性。计算表明,谱分析法与设计波法存在一定的相关性,谱分析法的计算结果相对准确可靠,设计波法的计算精度依赖于选取的特征载荷工况,且目前规范推荐的载荷工况不够全面。本研究成果可为类似平台的总体强度分析提供参考。

关键词:谱分析法;半潜平台;总体强度;设计波法;强度评估;载荷因子;响应谱

吉华宇,刘俊,周佳,王璞.半潜平台总体强度评估的谱分析法和设计波法对比[J].海洋工程,2019,37(1):101-107.

深水顶张式立管全耦合动力响应及参数敏感性分析

罗坤洪1,黄维平1,常  爽1,柳振海2

(1. 中国海洋大学 工程学院,山东 青岛 266100; 2. 浙江省电力设计院,浙江 杭州 310012)

摘要:通过建立双套管与油管的全耦合运动控制方程,使用Newmark-β法,运用Matlab软件进行编程,对模型进行非线性时域动力耦合响应分析,分析在一定波浪环境,不同扶正器布置间距下,立管各层相同节点处耦合动力响应,研究各层管之间发生碰撞和摩擦的最大扶正器布置间距;分析相同扶正器布置间距下,不同顶张力系数对耦合动力响应的影响。结果表明:在波浪作用下,全耦合动力响应分析比等效管更能展现各层管的实际动力响应;扶正器布置间距与顶张力系数的取值不同,会影响各层立管的耦合响应与相对位移,取值不当时,立管会发生碰撞。

关键词:顶张式立管;双套管;全耦合;动力响应;敏感性;扶正器;顶张力系数;布置间距

罗坤洪,黄维平,常爽,柳振海.深水顶张式立管全耦合动力响应及参数敏感性分析[J].海洋工程,2019,37(1):108-116.

海洋工程固结锚的结构与特性初探

张午迪1,2,3,张民曦1,2,3,喻国良1,2,3

(1. 上海交通大学 海洋工程国家重点实验室,上海 200240; 2. 高新船舶与深海开发装备协同创新中心,上海 200240; 3.上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院,上海 200240)

摘要:介绍了一种拥有自主知识产权的海工固结锚技术,描述了该新型锚的内部结构和工作原理;并在室内对不同设计参数和使用工况的锚开展了垂向上拔试验,初探了其抗拔能力。初步试验表明:该新型锚具有超高的抓重比;其次生固结体显著增加了锚体的剪切面积,从而大大提升了锚体的抗拔力;锚体结构上宜具有多个喷管且喷管管径较粗,安装过程中对固化剂的推进速度应较缓。该新型锚应具有良好的应用前景,但需对此进一步深入研究,以满足其设计和工程应用的要求。

关键词:海工固结锚;抓重比;固化剂;抗拔力;沉积海床;上拔试验

张午迪,张民曦,喻国良.海洋工程固结锚的结构与特性初探[J].海洋工程,2019,37(1):117-126.

单元管件灌浆卡箍的吊装及安装设计研究

石  湘1,陈健仁1,尹崇达1,张  宇2

(1. 中国海洋大学 工程学院,山东 青岛 266100; 2. 海洋石油工程股份有限公司维修公司,天津 300451)

摘要:针对用于单元管件的非自应力灌浆卡箍和膨胀式自应力灌浆卡箍,讨论了灌浆卡箍水下安装的几个吊装和安装设计问题。首先介绍灌浆卡箍水下安装的总体设计及其安装步骤;然后进行了下水吊装时保持卡箍进浆口在下、出浆口在上的姿态分析和设计,计算出了合适的吊装悬挂距离;对帮助卡箍两瓣自动包拢受损管件的一个辅助闭合机构进行了力学分析和液压系统设计;介绍了卡箍对中及端部密封装置的工作原理;最后介绍了卡箍安装的海上试验情况,列出了各工序安装时间。为灌浆卡箍水下安装技术走向实际工程应用提供了设计和试验经验。

关键词:单元维修加固;灌浆卡箍;水下安装;吊装方法;辅助机构

石湘,陈健仁,尹崇达,张宇.单元管件灌浆卡箍的吊装及安装设计研究[J].海洋工程,2019,37(1):127-133.

多点液压式波浪能海水淡化系统建模与仿真

胡  缘1,杨绍辉1,2,3,何宏舟1,2,3,陈  沪1,2,3,郑松根1,2,3,张  迪1

(1.集美大学 轮机工程学院,福建 厦门 361021; 2.福建省能源清洁利用与开发重点实验室,福建 厦门 361021; 3.海洋可再生能源装备福建省高校重点实验室,福建 厦门 361021)

摘要:为缓解淡水资源短缺及化石能源过度使用问题,提出多点液压式波浪能海水淡化系统,该系统主要由采能装置、液压传递系统与反渗透膜海水淡化设备组成。系统的采能装置采用振荡浮子式,可将波浪能转换为浮子振荡从而被液压系统吸收达到采集波浪能的目的。为了提高液压式波浪能海水淡化系统的采能效率及淡水率,利用AMEsim软件对液压传递系统进行建模与仿真,分析了蓄能器、浮子个数及波高对液压传递系统输出响应的影响。结果表明:蓄能器能够使液压马达的输出响应更加稳定;当浮子的数量增加时,液压系统达到稳定的运行状态所需的时间更短,从而有利于提高系统的效率;波高在 2 m 左右时,本系统的产水量达到最大。

关键词:波浪能;液压系统;采能效率;淡水率;海水淡化

胡缘,杨绍辉,何宏舟,陈沪,郑松根,张迪.多点液压式波浪能海水淡化系统建模与仿真[J].海洋工程,2019,37(1):134-141.

海洋系泊工程中合成纤维系缆研究述评

连宇顺1,刘海笑2

(1. 河海大学 港口海岸与近海工程学院,江苏 南京 210098; 2. 天津大学 建筑工程学院,天津 300072)

摘要:在回顾合成纤维缆绳的分类和工程应用的基础上,概述了各类纤维缆绳的优缺点和工程适用性。介绍了合成纤维系缆实验技术的国内外研究进展,并综述了合成纤维缆绳的破断强度、动刚度、蠕变、蠕变回复、蠕变破断和疲劳破坏的研究现状,在此基础上展望了今后需要继续开展的合成纤维系缆研究方向。这将为海洋系泊工程中合成纤维系缆的研究和应用提供重要参考。

关键词:绷紧式系泊系统;聚酯缆绳;系缆力学性能;系泊工程;深海纤维系缆

连宇顺,刘海笑.海洋系泊工程中合成纤维系缆研究述评[J].海洋工程,2019,37(1):142-154.

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