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沿程非均匀分布植物区对海啸波消减的数值研究

蒋昌波1, 2, 3,徐  进1,邓  斌1, 2, 3,陈  杰1, 2, 3,屈  科1, 2, 3

长沙理工大学 水利工程学院,湖南 长沙 410114;2. 水沙科学与水灾害防治湖南省重点实验室,湖南 长沙 410114;3. 洞庭湖水环境治理与生态修复湖南省重点实验室,湖南 长沙 410114)

摘  要:为研究近岸植物的非均匀分布对海啸波的消减作用,采用非静压单相流模型计算了5种不同密度分布植物与孤立波的相互作用,分析不同密度分布植物对海啸的消波特性。结果表明在植物总株数相同时,具有不同分布密度植物的消波效果相近,透射波波高差小于3%、最大流速差小于5.4%,但是不同植物密度分布情况下植物区前的反射系数有所不同,反射系数最大差为80.2%。此外,所有分布的植物区对波高和流速的透射系数随着波高和植物区长度变化的趋势是一样的,在不同入射波高和植物区长度情况下5种分布均呈现出相似的沿程衰减机制。

关键词:非均匀刚性植物;孤立波;非静压模型;植物消波

扭王字块体护面斜坡堤胸墙受力试验研究

孙大鹏1,刘  飞1,修富义2,王  键3,董  胜4

(1. 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;2. 亿达中国控股有限公司,辽宁 大连 116024;3. 中交第一航务工程勘察设计院有限公司,天津 300222;4. 中国海洋大学 工程学院,山东 青岛 266100)

摘  要:现行规范中未就扭王字块体护面斜坡堤胸墙水平波浪力的计算方法做出具体规定,造成工程设计时使用不便。为解决上述问题,通过物模试验分析在波陡等六种因素的影响下,扭王字块体护面斜坡堤胸墙水平波浪力的变化趋势。同时运用非线性拟合方法,遵循定理,给出斜坡堤在扭王字块体条件下胸墙水平波浪力的计算公式。并对计算公式进行有效验证,该公式具有较好的精确性与适用性。研究成果丰富了规范内容,并为斜坡堤工程设计中胸墙水平波浪力折减系数的合理取值提供了参考依据。此研究成果对于斜坡堤科学研究领域和工程设计领域,都具有很大的参考价值。

关键词:扭王字块体;斜坡堤;胸墙受力;折减系数;不规则波

基于格子Boltzmann方法的斜坡堤越浪数值模拟研究

李薪丰1,张庆河1,张金凤1,刘光威1, 2

(1. 天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津 300350;2. 清华大学 水沙科学与水利水电工程国家重点实验室,北京 100084)

摘  要:准确确定越浪量对于斜坡堤设计有重要意义。利用格子Boltzmann方法(LBM),并采用主动吸收式速度入口造波、出流边界消波、VOF方法追踪自由表面以及静态Smagorinsky模型模拟紊流运动,建立二维数值波浪水槽,对光滑斜坡堤上规则波与不规则波越浪进行数值模拟。模拟结果与试验值及其他数值模型结果比较表明,二维LBM数值波浪水槽具有模拟斜坡堤越浪的能力,但对于破碎较为剧烈的越浪过程模拟,该模型还存在一定的不足,未来可从提高自由表面模型精度等方面进一步改善其性能。

关键词:格子Boltzmann方法;斜坡堤;越浪;数值波浪水槽;波浪破碎;不规则波

两型半潜式平台波浪作用下载荷敏感性研究

童 波1,邹 丽2, 3, 4,李永刚2,张九鸣2,赵  建2,孙铁志2, 3

(1. 中国船舶工业集团公司第七〇八研究所,上海 200023; 2. 大连理工大学 船舶工程学院,辽宁 大连 116024;2. 大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室,辽宁 大连 116024; 4. 高技术船舶与深海开发装备协同创新中心,上海 200240)

摘  要:为探究半潜式平台在波浪作用下的载荷敏感特性,根据频域计算得到的水动力衍射/辐射结果,将动水压力作为输入项,利用ANSYS软件进行两型半潜式平台对波浪载荷的敏感性分析。以此对比两型平台响应特性,确定危险工况,并为平台整体结构设计提供参考。其中A型平台为柱稳式半潜平台,B型平台以A型平台为母型进行了水动力性能优化,以适用于北 海海域作业环境。研究发现:两型平台的应变均在弹性形变范围内,两型平台会在相似位置处出现较大的等效弹性应力和应变分布,但相比于母型平台A,B型平台在立柱与浮体连接处也存在明显的高应力区,各波浪入射角度下,两型平台的入射波浪最危险周期不同,且存在B型平台响应大于A型平台响应的工况,因此基于水动力性能改进的B型平台,结构上可能存在不足。

关键词:半潜式平台;波浪载荷;敏感性;北海海域;弹性应变

近距离靠泊条件下钻井支持平台与生产平台相对运动研究

黄从亮1, 2,董  晴1, 2,吕海宁1, 2,王  晋1, 2

(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)

摘 要:为了探究钻井支持平台及生产平台组成的复杂多浮体耦合系统在近距离靠泊状态下的相对运动情况,基于多浮体三维势流理论及时域耦合分析方法,计算了半潜式钻井支持平台和张力腿(TLP)生产平台耦合系统在三种不同环境方向,即迎浪、斜浪、横浪下两平台的相对运动和平台间连接栈桥的运动响应,为平台运动分析和栈桥设计提供指导。并将计算结果与水池模型试验结果进行对比,验证了数值方法的可靠性。为进一步了解多浮体间耦合水动力的影响,计算了该近距离靠泊系统在不考虑浮体间水动力相互干扰下的运动响应。研究表明除在横浪作用外,其他环境条件下的多浮体水动力干扰作用明显,对浮体运动响应的影响不可忽略,且有效波高在小范围内变化时,平台间的相对运动幅值基本与其呈线性关系。

关键词:多浮体系统;相对运动;水动力干扰;数值计算;模型试验

不同浸没长度下串列双立管涡激振动数值模拟

武  磊,赵伟文,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 船海计算水动力学研究中心(CMHL),上海 200240)

摘  要:深海柔性立管涡激振动问题广受关注,其中多立管涡激振动较传统单立管涡激振动更为复杂。使用基于OpenFOAM自主开发的深海柔性立管流固耦合求解器viv FOAM SJTU对阶梯流中串列双立管涡激振动展开研究。首先针对阶梯流中串列双立管模型试验工况开展验证计算,下游立管的位移响应以及频率响应与试验结果基本吻合,而后改变立管浸没长度,分别选取浸没长度为)0.4L(工况1)、0.55L(工况2)以及0.7L(工况3)的三种工况进行数值计算,其中L为立管长度。数值结果表明:3种浸没长度下、上下游立管的横流向振动均为一阶模态,且工况2和工况3中上下游立管的横流向位移均方根均大于工况1,上下游立管的顺流向主振模态在工况2和工况3中均为二阶,而在工况1中为一阶,且下游立管在工况2和工况3中的顺流向振动均表现出明显的多模态振动特性。

关键词:涡激振动;串列双立管;浸没长度;viv FOAM SJTU求解器

基于缓波布置构型的深水立管动力优化机理研究

阮伟东,孙  博,廖小伟

(浙江工业大学 建筑工程学院,浙江 杭州 310023)

摘  要:缓波型立管可以有效降低深水立管的顶端张力,缓解浮式结构运动对立管触地区的耦合作用,从而提高立管触地区的疲劳寿命。通过改进细长杆理论模型以及浮力段等效优化,提出基于多重波形串联布置的深水缓波型立管构型(简称多重缓波型立管),通过对比不同浮式结构垂荡激振以及海流作用下悬链线立管、缓波型立管以及多重缓波型立管的动力响应特征和运动传递路径,探究缓波布置构型对深水立管动力响应的影响规律和对立管触地区运动的解耦机理。结果表明:基于缓波布置构型的深水立管通过构建缓波构型可以大大降低立管触地区的法向运动响应,进而优化该区域的动态曲率及抗疲劳性能,相比于缓波型立管,多重缓波型立管在动态轴力及动态曲率等方面没有显著优势,但在触地区曲率幅值响应上具有一定竞争力。

关键词:多重缓波型;动力响应;传递路径;解耦机理;动态幅值

内孤立波作用下柔性跨接管动力性能研究

李效民1,孙宏伟1,王乐瑶2,李  朋3

(1. 中国海洋大学 工程学院,山东 青岛 266100;2. 青岛大学 数据科学与软件工程学院,山东 青岛 266071;3. 山东科技大学 土木工程与建筑学院,山东 青岛 266590)

摘 要:活跃在中国南海的内孤立波已经成为该地区海洋油气资源开发中不得不考虑的因素。跨接管作为连接水下油气储存开采设施与海面油气处理设施的重要装置,由于具有较大柔性,由内孤立波引起的剪切海流将会对其产生巨大影响。采用KdV方程对内孤立波进行模拟,基于向量式有限元法,建立了柔性跨接管的动力学分析模型,对不同方向内孤立波作用下的跨接管的动力性能进行分析。分析结果表明在内孤立波作用下,跨接管存在一个明显的动力过程,能够导致跨接管产生较大的位置移动及其整体位置的抬升,同时跨接管对于内孤立波的入射角十分敏感,其内力可能发生突然变化。内孤立波的振幅对跨接管的极值响应有显著影响。

关键词:跨接管;内孤立波;向量式有限元;动力分析;KdV理论

基于大涡模拟的ROV导管推进器梢隙流动数值研究

周  彬,赵  敏,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,上海 200240)

摘  要:导管推进器是一种普遍应用于无人遥控潜水器(ROV)等潜器中的特种推进器。在桨叶与导管之间的梢隙中存在非常复杂的流动,本研究基于大涡模拟(LES)对导管推进器的梢隙流动进行了数值模拟分析。通过对时间步长的收敛性研究,建立两套基于不同网格类型的计算模型。将计算与试验结果进行对比,比较两种不同类型网格模拟结果的差异,发现切割体网格能够更好地捕捉到泄涡的细节,并结合梢隙流场的原理分析了泄涡发展的过程,梢隙涡的驱动力是吸力面、压力面之间的压差。此外,随着进速系数增大,梢隙周向的涡管轴向分布范围减小,主泄涡发生位置延后,泄出涡的长度和数量都有所减少。

关键词:导管推进器;梢隙流动;大涡模拟;无人遥控潜水器

海上风电单桩式支撑结构冰激振动及参数敏感性分析

王  宾1, 2,李红涛1,刘  嵩1,万德成2

(1. 中国船级社海洋工程技术中心,天津 300457;2. 上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院,上海 200240)

摘  要:针对渤海湾某风电场的海上固定式风机支撑结构,采用适用于大直径单桩结构的PS曲线模拟桩土相互作用,并采用SACS软件建立支撑结构的动力分析模型。首先对支撑结构进行模态分析,其次考虑海冰结构的随机振动作用模式,根据适用于渤海湾的随机冰力谱构造随机冰载荷时程曲线,基于半耦合的时域方法,采用SACS软件对支撑结构进行冰激振动分析,输出塔筒顶部加速度、单桩基底剪力及倾覆力矩等响应参数的时程曲线和响应功率谱,最后针对冰厚、冰速和海冰强度等海冰参数对支撑结构的冰激振动进行敏感性分析。研究结果表明,在随机振动模式下,冰载荷及结构动力响应对冰厚和海冰强度较为敏感,在进行冰激振动分析时应合理确定冰厚和海冰强度等参数。

关键词:固定式风机;单桩;支撑结构;修正的PSI曲线;随机冰载荷;冰激振动;敏感性分析

基于广义接触模型的离散元方法及其对船体冰载荷的分析

孔  帅,季顺迎

(大连理工大学 工业装备结构分析国家重点实验室,辽宁 大连 116023)

摘  要:冰载荷是影响船舶结构安全的主要环境载荷,因而确定破冰船的冰载荷特征可用于船体结构设计及船舶安全预警分析。海冰作为典型的脆性材料,可采用单元间具有黏结失效效应的离散元方法模拟其破碎行为。为有效地模拟海冰破碎的渐进过程,采用由局部黏结点组成黏结单元的广义接触模型。为分析该模型中直接决定黏结单元失效的强度参数的影响,采用海冰单轴压缩和三点弯曲试验数值模拟进行分析。通过模型试验确定了失效模型中法向黏结强度、切向黏结强度和Mohr Coulomb准则中的接触摩擦系数的影响。将该数值模型应用于极地科学考察船“雪龙号”的平整冰区冰载荷分析中,并与船舶整体冰阻力经验公式进行了对比验证。

关键词:广义接触模型;冰阻力;船舶结构;离散元方法

乐清湾内外潮波变形及不对称性分析

童朝锋1, 2,安福伟2,章家保2,曲开成2,孟艳秋2

(1. 河海大学 海岸灾害及防护教育部重点实验室,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:海湾内外的潮波变形及其不对称性影响海湾内外动力输送和水体交换。利用乐清湾内外共9个测站连续潮位进行调和分析,得到该海湾内外各分潮变化规律,利用潮不对称性偏度计算方法确定湾内外潮汐不对称性时空变化特征,比较了主要分潮组合对潮汐不对称性的贡献度,通过数值研究探讨了湾内偏度比湾外偏度值更小的主要成因,分析了湾内外围垦工程对潮不对称偏度的影响。研究发现:乐清湾内潮汐不对称偏度值为负,表现为落潮占优,同期湾外洞头站偏度值为正,与邻近瓯江、飞云江河口的潮不对称偏度变大、表现涨潮占优的变化规律相反,湾外沿岸各站偏度由东北向西南逐渐增大,由落潮占优向涨潮占优变化,潮汐不对称性偏度呈周期性变化,分析确定M2-M4、M2-S2-MS4分潮组合对潮不对称贡献大,该海域潮汐不对称的强度主要由浅水分潮振幅控制,而相对相位则决定潮汐不对称的方向,数值研究探讨表明,湾内大范围的浅滩地形是其潮汐不对称落潮占优的主要原因,围垦将削弱湾内的落潮占优。

关键词:潮汐不对称性;调和分析;偏度;分潮组合;乐清湾;潮波变形

江苏省长江干流沿程洪潮设计水位数值模拟研究

罗龙洪1,闻云呈2,袁文秀1,夏云峰2,王晓俊2,张新周2

(1. 江苏省水利工程规划办公室,江苏 南京 210029;2. 南京水利科学研究院 港口航道泥沙工程交通行业重点实验室,江苏 南京 210024)

摘  要:长江干流江苏段地处长江下游河口地区,全线位于感潮河段,沿程水位既受上游长江径流、外海潮位、台风的影响,也受到工情变化、支流入汇等影响。长江江苏段现行洪潮设计水位是按《长江流域综合利用规划简要报告》(1990年)中确定的无台风影响水位实施。近年来,由于上游水、沙、工情条件变化,开展上游大通径流、风暴潮、区间入汇等对沿程洪潮水位的影响研究十分必要。建立大通至长江口二维水沙数学模型与外海风暴潮模型,研究不同影响因素作用下长江干流江苏段沿程洪潮设计水位变化。研究成果表明:南京河段水位主要受上游径流影响,江阴以下主要受外海潮汐及风暴潮的影响,南京至江阴段则受上游径流、外海潮汐、风暴潮三者的共同作用影响。外海天文大潮、风暴潮“两碰头”和上游大径流、外海天文大潮与风暴潮“三碰头”引起的沿程增水值呈驼峰分布,最大值分别发生在江阴和天生港附近,最大增幅1.65 m。研究结果已为长江江苏段堤防防洪能力提升工程建设提供技术支撑。

关键词:长江干流;洪潮遭遇;设计水位;数学模型;影响因素

基于ABAQUS的深水连接器连接性能分析

曹 博1,2,蔡志杰1,石中玉1,张玉龙1,段梦兰1

(1.中国石油大学(北京) 安全与海洋工程学院,北京 100249;2.甘肃省地震局 国家陆地搜寻与救护基地(兰州),甘肃 兰州 730000)

摘  要:为解决现有深水连接器连接性能研究中力学分析建模不准确,且缺乏抗弯抗扭能力分析的问题,基于ABAUQS有限元分析软件对深水连接器进行三维模型动态仿真分析,对连接器的受力、密封性能以及在实际工程需求中不同内压下的抗弯及抗扭性能进行深入研究。结果表明:在安装及生产两种工况下,深水连接器各部件除密封环外受力均满足其强度设计要求,密封环接触表面发生合理塑性变形,满足密封要求,随着内压的增加,深水连接器的抗弯能力逐渐下降,抗扭能力则呈现增加的趋势,极限弯矩分别在0 MPa与305 MPa内压下的判定依据为密封失效,在14 MPa和内压下的判定依据为下毂座屈服,而极限扭矩在不同内压下的判定依据均为密封失效。

关键词:深水连接器;动态仿真,接触应力;弯矩;扭矩

海上浮体系泊缆自动化设计方法研究

吴  波,程小明,倪歆韵,俞  俊,许心愿

(中国船舶科学研究中心,江苏 无锡 214082)

摘  要:随着智能化研究成为当今科技发展的热点,结合智能优化算法的浮体系泊系统自动化设计成为一个将现代方法应用于传统工程领域并提高设计效率的研究对象。针对浮体的系泊系统,以悬链线式系泊方式为研究对象,分析得出了系泊缆与不同选材参数之间的规律,建立系泊系统自动化设计方法,选用遗传算法作为算法基础,实现方案的智能优选,进行了有效的探索研究,开发了系泊系统自动化设计的自主程序,完成了典型的单根系泊缆的单点系泊系统以及多段组成风分布式系泊系统的研究,验证了方法的可行性,为系泊系统的自动化设计这一技术问题提供了解决方法与工程的应用手段。

关键词:海上浮体;系泊系统;自动化设计;      遗传算法

后挖沟深度对深海海底管道屈曲影响数值分析

李修波1 ,刘可安2 ,王华昆3 ,王鸿飞1

(1. 上海中车艾森迪海洋装备有限公司,上海 200240;2. 株洲中车时代电气股份有限公司,湖南 株洲 412001;3. 天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室,天津 300072)

摘  要:鉴于海底管道的服役水深越来越深,主要采用犁式挖沟机对预铺设于海床之上的海底管道采取后挖沟的方式将海底管道埋设于海床之下,以保护其免受不必要的损伤。针对后挖沟深度H是海底挖沟机的重要设计参数,也是影响管道悬跨的重要因素的问题,对SMD(UK)犁式挖沟机展开参数优化,确保作业过程中悬跨段管道在外部静水压力作用下,海底管道不会发生屈曲破坏。采用ABAQUS软件,分别建立了作业前和作业中两种工况下的悬跨模型,分析机械手对接触部分管道的损伤。结果显示,作业中的机械手对悬跨管道的损伤更大,同时,建立了作业中不同管径下,后挖沟深度对管道损伤的安全裕量关系曲线。进一步,结合作业中不同挖沟深度下的管跨段屈曲数值模型,对处于外部静水压力作用下的悬跨管的屈曲失效展开分析,结果显示,随着后挖沟深度的加大,不同管径下的悬跨段管道局部出现塑性压溃的临界压力值不断降低,管道外径的增大,降低了同一后挖沟深度下发生屈曲失效的压力值。最后,在后挖沟深度与外部静水压力组成的区域内,建立屈曲失效临界关系曲线,并划分出工作区和压溃区,为深海管道后挖沟埋管的施工提供工程参考。

关键词:犁式挖沟机;后挖沟深度;海底管道;屈曲失效;损伤模型;压溃压力

基于双缸耦合原理的阀控式能量回收系统原理设计与仿真分析

孙  毅1, 2,张晓雨1,张希建3,张建中3,翁晓丹1, 3

(1. 浙江工业大学 机械工程学院,浙江 杭州 310014;2. 浙江工业大学 海洋研究院,浙江 杭州 310011;3. 中国电建集团华东勘测设计研究院有限公司,浙江 杭州 311122)

摘  要:针对小规模海水淡化需要解决能量回收装置的能回效率与空间问题,将能量回收装置与压力提升泵进行集成一体化设计,研究了一种双缸耦合阀控式能量回收系统。系统两液压缸内活塞各由一个电动推杆推动,叠加高压浓海水压力实现压力交换,同时进行活塞推力的耦合控制,避免了压力交换过程中活塞的压力脉冲波动,保障了反渗透膜工作压力稳定,基于小型海水淡化装置,根据压力能流反渗透工艺节点压力流进行了计算分析,得出电动推杆推力压力 0.5 MPa左右的补偿压力曲线。通过AMESim进行液压仿真分析,结果表明在系统回收率为30%,高压浓海水进口压力为4.8 MPa增压海水压力4.6 MPa的情况下,通过压力补充增压海水压力可增压到5.0MPa,反渗透膜压力与流量波动较小,满足反渗透海水淡化的压力需求。

关键词:海水淡化;双缸耦合;能量回收;流体仿真

 

 

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日期:2020年06月08日 10:05:48点击数:字号:【

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