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《海洋工程》2007年第三期摘要
日期:2007-10-16点击数:字号:【

基于海浪谱的沉箱式防波堤动力分析方法
王元战,洪宁宁,唐照评

(1.天津大学建筑工程学院 天津市港口与海洋工程重点实验室,天津300072;2.中交第三航务工程勘察设计院,上海200032)

    摘要:利用海浪谱 JONSWAP谱生成随机波浪,并结合改进的波浪力时程模型生成一个连续的、持续时间相对较长的随机波浪力作用过程。假设五十年设计基准期内防波堤每年遭受一次风暴,利用波浪谱随机生成五十次风暴波浪作用过程,对防波堤五十年设计基准期的响应过程进行一次随机模拟,以此作为一个样本。经过对大量随机模拟产生的样本进行统计分析,实现对防波堤整个设计基准期内的安全度进行概率评估。最后,通过算例对该方法的应用进行了演示。
    关键词:沉箱式防波堤;设计基准期;动力稳定性;随机波浪;海浪谱

两层流体中振荡水平圆柱潜体水动力特性
尤云祥,杜明明,魏岗
(上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院, 上海200030)

    摘要:研究了有限深两层流体中水平圆柱潜体的振荡辐射问题。在线性势流理论框架内,建立求解辐射势的多极展开理论,提出附加质量和阻尼系数的计算方法,进行了数值计算分析,并且与均匀流中的情况进行比较。结果表明,在圆柱潜体的某个振荡频率范围内,流体的分层效应对其附加质量和阻尼系数是有重要影响的。同时,对水平圆柱潜体振荡产生的自由面和内界面波动特性进行了数值分析。
    关键词:两层流体; 内波; 水平圆柱潜体; 附加质量; 阻尼系数

地震与波浪联合作用下海洋平台动力特性分析
何晓宇, 李宏男
(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:主要针对地震与波浪联合作用下空间导管架式海洋平台结构的动力响应特性进行研究。以春晓平台结构为例,利用ANSYS程序进行了动力响应的数值计算,分析中考虑了地震设防烈度、风浪条件及场地土类型等因素对结构响应的影响,并与地震单独作用下的结构响应进行了对比。分析结果表明,抗震设防烈度较低、中等及较大风浪条件下对海洋平台结构进行抗震分析时有必要考虑地震与波浪的联合作用。
    关键词:海洋平台; 地震反应; 波浪作用; 有限元分析

基于AutoCAD三维海洋平台结构模型实用技术研究
彭辉,聂武
(1.哈尔滨工程大学 船舶工程学院, 黑龙江 哈尔滨150001; 2.渤海船舶职业学院 船舶工程系, 辽宁 葫芦岛125000)

    摘要:以一个常见桩腿结构为例,介绍使用AutoCAD建立海洋平台结构三维数字模型。提取结构零件属性、生成零件明细表、合并所有零件、构造整个桩腿结构三维实体模型。查询桩腿结构质量和质心,自动生成桩腿结构视图的方法和操作过程。说明基于通用软件进行海洋平台结构三维数字模型的开发与应用切实可行。
    关键词:海洋平台; 三维数字模型; 通用软件; 开发与应用

斜向和多向不规则波对直立堤平均越浪量研究
俞聿修,  赵凤亚, 李晓亮,  鲁桂荣
(大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室, 辽宁 大连116024)

    摘要:通过三维波浪模型试验研究了斜向和多向不规则波对直立堤的越浪量。分别按平均越浪量和单波最大越浪量进行研究,探讨了平均越浪量随相对堤高、波浪方向、波浪方向分布宽度、波陡和相对水深等影响因素的变化规律,导得了斜向和多向不规则波作用于直立堤上的平均越浪量的计算公式。
    关键词:平均越浪量;直立堤;斜向不规则波浪;多向不规则波浪

基于风险量化防波堤工程施工期保险费率厘定
周汉东,蒋学炼,李炎保
(1. 天津大学 建筑工程学院, 天津300072; 2. 交通部水运科学研究院, 北京100088; 3. 天津城市建设学院, 天津300384)

    摘要:如何对防波堤工程保险的保费进行厘定是国内外保险业和工程界共同面临的课题。利用蒙特卡罗技术建立模拟防波堤工程建设期间风险损失的模型,计算斜坡堤工程实例在建设期间的风险损失期望值,由此得到相应的纯保费率和商业保费率。
    关键词:防波堤;工程保险;保险费率;MC法

完全非线性波浪破碎模型沿岸流数值模拟
李绍武,连怡贞
(天津大学 建筑工程学院, 天津300072)

    摘要:探讨一种基于完全非线性Boussinesq方程的波浪破碎模型在沿岸流计算中的应用问题。针对控制方程中的完全非线性项对沿岸流成长过程的影响进行了深入讨论。数学模型计算结果表明,完全非线性项有使平均流局部化的作用;通过数模实验还发现,垂向高阶涡度项可以有效抑制破波区外回流;运用Visser的实验室沿岸流实测资料从沿岸流速度、波高和平均水位几方面对所提模型进行了验证,并给出了紊动参数的计算结果。
    关键词:Boussinesq方程; 波浪破碎; 沿岸流; 完全非线性项; 高阶涡度项

江苏大丰潮滩潮流边界层特征研究
李占海,高抒,陈沈良
(1. 华东师范大学 河口海岸学国家重点实验室,上海200062;2. 南京大学 海岸与海岛开发教育部重点实验室, 江苏 南京210093)

    摘要: 2003年7月中小潮期间使用MIDAS400用户化数据采集系统在江苏大丰潮滩上进行了垂向多层位同步的流速和悬沙浓度观测。根据观测资料研究了潮流作用下的潮滩底部边界层过程,结果表明,观测地点的潮汐不对称现象十分明显,落潮流速、历时和输水输沙量皆明显大于涨潮;在潮周期内的多数时间里流速剖面符合对数分布,但在风力较强、水流快速增加和流速缓慢的情况下,流速剖面常偏离对数分布;悬沙颗粒垂向混合均匀,悬沙浓度剖面符合Rouse公式;落潮时的底部切应力和摩阻流速明显大于涨潮,摩阻流速与各水层流速通常有较好的线性关系;滩面糙度主要与沙纹形态和推移质运动强度有关,它与摩阻流速存在密切关系;悬沙浓度具有明显的减阻效应,受其影响,摩阻流速和底部切应力分别减小了28%~41%和40%~62%。
    关键词:潮流边界层;摩阻流速;粗糙长度;减阻效应;大丰潮滩

钱塘江河口围涂对杭州湾风暴潮影响数值模拟
谢亚力,黄世昌,王瑞锋,赵鑫
(浙江省水利河口研究院, 浙江 杭州310020)

    摘要:应用二维水动力模式Mike21对钱塘江河口治江围涂对杭州湾风暴潮的影响进行了数值模拟。首先采用概化地形做了围涂对风暴潮影响的主要因素分析,然后采用实际地形计算极端工况和百年一遇工况条件下已有围涂前后风暴潮的变化,最后对今后规划围涂所造成的影响进行了预测。结果表明,围涂引起的平面边界改变是影响杭州湾风暴潮的主要因素,围涂引起的地形抬升的影响是次要因素;已有围涂使杭州湾极端风暴高潮位抬升1.85~0.09 m,抬升幅度由湾顶向湾口递减;规划围涂后,杭州湾风暴高潮位总体抬升,抬升值最大的湾中部为0.25 m。
    关键词:钱塘江河口;杭州湾;围涂;风暴潮

水下机器人主动升沉补偿系统研究
杨文林,张竺英,张艾群
(1.中国科学院 沈阳自动化研究所机器人学重点实验室,辽宁 沈阳110016;2.中国科学院 研究生院,北京100049)

    摘要:介绍一种基于水下机器人常规液压收放绞车的主动升沉补偿系统,利用加速度传感器获得母船的升沉运动信号,控制绞车的运转来降低母船的升沉运动对水下机器人的影响。通过理论计算建立主动升沉补偿系统的数学模型,仿真分析绞车运动对水下机器人升沉运动的补偿效果,并利用主动升沉补偿系统实验台验证基于常规液压收放绞车的主动升沉补偿方案的可行性。
    关键词:主动升沉补偿; 绞车; 水下机器人; 加速度传感器

深海水泵与储料罐组合采矿硬管输送系统研究
徐绍军,徐海良
(中南大学 机电工程学院, 湖南 长沙410083)

    摘要:通过对沙浆泵接力输送和水泵与储料罐组合输送两种深海采矿输送方法进行分析,可知采用沙浆泵对矿石流体进行接力输送的方法,沙浆泵容易磨损破坏,安装维护困难;而水泵与储料罐组合的输送方法在理论上具有扬程高,输送量大,能长期可靠地工作,当应用于深海硬管采矿系统时,输送设备的主水泵和主要动力设备安装于采矿船上,相对于深海工作,在技术上易于实现,工作可靠,操作和维修方便。并对四种输送系统参数进行分析,水泵与储料罐组合的输送方法在理论上可行,采用现有技术容易实现,是一种具有应用前景的深海采矿输送方法。
    关键词:海洋采矿;输送方法;矿石输送

海洋石油管线探测多波束剖面声纳设计
王继胜,郭元曦,桑恩方,徐小卡
(哈尔滨工程大学 水声工程学院, 黑龙江 哈尔滨150001)

    摘要:针对海洋石油管线探测多波束剖面声纳的高速、大容量的实时信号处理任务,以及声纳系统进一步扩展的需求,设计并实现了一种基于IP网络互连的、以并行DSP为处理节点的多波束剖面声纳系统。该系统应用于海底石油管线探测与定位,系统中的每个处理节点与数据采集转换部分采用TCP/IP网络连接,可以通过物理上添加一个或多个处理节点成倍的提高系统的信号处理能力,而在软件上无须大的改动。通过电联调与水槽试验,验证了系统的可行性和稳定性,该设计为高速水声阵列信号实时处理系统提供了一种全新的解决思路。

    关键词:剖面声纳;IP网络;并行;石油管线

零航速减摇鳍升力模型研究
金鸿章,张晓飞,罗延明, 李冬松
(哈尔滨工程大学 自动化学院,黑龙江 哈尔滨150001)

    摘要:为了解决船舶在零航速下减摇的问题,采用一种新的运动控制方法,使减摇鳍的工作不再受航速的限制。根据零航速条件下的特殊运动方式,对减摇鳍在非定常流中的受力情况进行分析,详细讨论了各种流体作用力的产生机理,并给出定量计算公式。结果表明,零航速减摇鳍的升力与它的几何尺寸、旋转角速度和角加速度有关。在此基础上建立了零航速减摇鳍的升力模型,通过仿真结果与实验数据的对比,验证了该模型的正确性。
    关键词:零航速; 减摇鳍; 升力模型; 受力分析

复合加载下桶形基础循环承载性能数值分析
栾茂田, 武科, 范庆来, 王志云, 赵少飞
(1. 大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室, 辽宁 大连116024;2. 大连理工大学 土木水利学院岩土工程研究所, 辽宁 大连116024;3.华北科技学院 建筑工程系, 北京065201)

    摘要:作为一种新型基础形式,吸力式桶形基础除了承受海洋平台结构及自身重量等竖向荷载的长期作用之外,往往还遭受波浪等所产生的水平荷载及其力矩等其它荷载分量的瞬时或循环作用。对复合加载模式下软土地基中桶形基础及其结构的循环承载性能尚缺乏合理的分析与计算方法。应用Andersen等对重力式平台基础及地基所建议的分析方法,基于软黏土的循环强度概念,在大型通用有限元分析软件ABAQUS平台上,通过二次开发,将软土的循环强度与Mises屈服准则结合,针对吸力式桶形基础,基于拟静力分析建立了复合加载模式下循环承载性能的计算模型,并与复合加载作用下极限承载性能进行了对比。由此表明,与极限承载力相比,桶形基础的循环承载力显著降低。
    关键词:桶形基础; 循环承载力; 有限元; 复合加载

波浪作用下无撑浮码头运动和受力状态试验研究
李京武,陈宝峰,许晶,何普山
(1.海军工程设计研究局,北京100070;2.解放军理工大学 工程兵工程学院,江苏 南京210007)

    摘要:进行多项无撑浮箱码头和铰接式浮箱栈桥系统的模型波浪动力试验,获得几百组共数万个数据,找到系统在浅水区中的波浪动力响应规律,取得了一些十分有价值的成果。试验模型以模块化浮箱作为单元标准拼装成的3 000吨级浮码头和由三个箱节铰接而成的浮箱栈桥为研究对象。
    关键词:无撑浮码头;波浪动力;试验研究

粤西博贺沙坝湖海岸体系形成发育与现代演变
季荣耀,罗宪林,陆永军,罗章仁
(1. 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,江苏 南京210029;2. 中山大学 河口海岸研究所,广东 广州510275)

    摘要:粤西博贺湾地区发育一典型的沙坝湖海岸体系。通过对比分析,1932~2000年,博贺湖面积减少45.3%,人类活动已成为影响该区海岸演变的主导因素;滩涂围垦、海岸采沙与水产养殖等人类活动加剧了沙坝海岸的侵蚀后退,且使得湖面积迅速减少,不断淤浅萎缩,大大加快了海岸体系的演化进程。根据钻孔地层剖面和14C测年资料分析,对该区沉积环境演变过程的研究结果表明,自晚更新世中期以来,博贺沙坝湖海岸体系经历了初步形成、遭受破坏、再次形成、发育、现代演变等5个主要阶段。
    关键词:沙坝;形成发育;现代演变

感潮水闸流量神经网络计算模型研究
顾正华,李荣
(1. 浙江大学 建筑工程学院, 浙江 杭州310028; 2. 上海浦东新区水务局,上海200136)

    摘要:感潮水闸流量的准确计算对于河网地区水闸引排水效益的分析和水闸综合管理体系的建立具有非常重要的意义。对感潮水闸的水力特性进行了详细分析,认为感潮水闸具有瞬时性和非线性等水力特点,提出采用人工神经网络理论建立其过流量的计算模型。建立了三种计算模式,应用浦东新区东沟水闸资料对不同模式进行了训练、测试和比较,推荐以水闸内外河水位、闸门开启度和上一时刻流量作为神经网络输入的计算模型为最终感潮水闸流量计算模型。研究表明,人工神经网络可以较好地隐含识别感潮水闸的多种出流类型,并具有较强的泛化和容错能力,从而为感潮河网地区水闸流量的计算提供了一种新的解决途径。
    关键词:水闸;流量;人工神经网络;感潮河网

水泥固化土新材料在围埝堤心结构中应用研究
张敬,叶国良,朱耀庭
(1.天津大学 建工学院, 天津300072; 2.中交天津港湾工程研究院有限公司,天津300222)

    摘要:采用水泥固化土作为新的充填材料,对于缺少砂土的天津港地区,不仅可以减少砂料长途运输,节省能源,降低工程造价,而且可以充分利用港池和航道开挖的淤泥质粘土。根据室内成型试验、现场监测与检测结果探讨了水泥固化土新材料的工程特性等,为水泥固化土新材料在围埝堤心结构中应用打下了坚实的基础。
    关键词:模袋;水泥固化土;围埝;新材料

多桩桶基平台沉贯过程监测系统研究
丁忠军,张士华,徐松森,纪育强
(1.国家海洋局 第一海洋研究所, 山东 青岛266061;2. 胜利石油管理局 钻井工艺研究院, 山东 东营257017)

    摘要:为了解决海上恶劣环境下过程参数实时检测的困难,对海上桶基采油平台沉贯过程监测系统进行了研究。提出了主动利用潮汐、浪涌信息对沉深数据进行滤波处理的方法和单一桶桩的沉深和平台倾角信息计算其他多桩沉深的方法。直接利用浪涌检测信息,提高了沉深监测精度和实时性;采用一桶沉深与倾角数据计算多桶沉深的方法,节省了测深传感器,简化系统结构,降低系统成本。实验证明,该系统具有响应速度快,检测精度高,实时性强等特点。
    关键词:正压冲固;沉深;桶基;过程监测

基于富钴结壳微地形采集头载荷波动性仿真研究
夏毅敏,聂四军,卜英勇
(中南大学 机电工程学院, 湖南 长沙410083)

    摘要:根据富钴结壳微地形的数字高程模型进行分类,得到某个特定高程差下9种地形模型。
针对基于富钴结壳微地形的采集头切削过程,编制仿真程序进行模拟。仿真结果表明相同高程差地形模型(SS, MS, LS)、(SM, MM, LM)、(SL, ML, LL)的波动系数平均值对应为(0.355 83,0.331 42,0.327 95)、(0.393 55,0.411 04,0.393 26)、(0.488 22,0.466 08,0.505 16),数据表明地形的高低对载荷波动性的影响不明显;不同类型地形模型(SS, SM, SL)、(MS, MM, ML)、(LS, LM, LL)的平均值对应为(0.355 83,0.393 55,0.488 22)、(0.331 42,0.411 04,0.466 08)、(0.327 95,0.393 26,0.505 16),数据表明地形起伏越大,对应的载荷波动系数也越大,采集头切削过程越不平稳。
    关键词:富钴结壳;数字高程模型;波动系数;数值仿真

红外实时测沙仪研制及其应用
王娅娜,蔡辉,马洪蛟,孙典红
(河海大学 海洋学院, 江苏 南京210098)

    摘要:环形水槽是研究细颗粒泥沙的理想装置,但测沙技术的相对滞后极大地制约了环形水槽的使用。为改进环形水槽的传统测沙技术,自主研发完全开放式的实时在线测沙仪器,力求在水槽中实验水样的自然流态下实时测量垂线悬浮泥沙含量。采用光源调制技术,结合特殊的光路设计,将含沙量转换为现代实验技术易于处理的电信号。并针对环形水槽的特殊工作方式,设计数据采集和无线传输接口,送入计算机进行数据后处理及综合分析,实现了含沙量的在线实时量测。实测实验表明数据线性度高,重复性好,有较大的实用价值和创新意义。
    关键词:环形水槽;含沙量;实时量测

基于风险海洋结构物检测及维护研究进展
张道坤,唐文勇,张圣坤
(上海交通大学 海洋工程国家重点实验室,上海200030)

    摘要:随着海洋石油天然气资源的不断开发,海洋结构物得到了广泛的应用。长时间持续工作于海洋环境以及一旦失效代价高昂的特点使得海洋结构物的安全问题倍加瞩目。基于风险的检测和维护将海洋结构物的风险与费用相结合,可以在满足安全要求的前提下合理地降低运营费用,是目前国际上研究领域的热点问题。通过分析基于风险的海洋结构物检测和维护的国内外研究现状,对检测及维护操作过程中的一些关键问题和目前主流的研究方法及应用情况做了概述。最后讨论了海洋结构物检测维护研究中存在的一些问题,提出了今后的研究方向。基于风险的检测和维护将是今后一个值得关注的重要课题。
    关键词:海洋结构物;风险;检测;维护

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