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《海洋工程》2021年第3期中文摘要
日期:2021年06月22日 15:41:49点击数:字号:【

基于VMD对SAR海洋内波参数的自动反演

张洪生,郑应刚,王有强

(上海海事大学海洋科学与工程学院,上海 201306)

摘  要:经验模态分解(empirical mode decomposition,简称EMD)是反演海洋内波参数的有效方法之"一,但由于EMD存在模态混叠等问题,对海洋内波进行参数反演时会产生一定误差。相比较于EMD,变分模态分解(variational mode decomposition,简称VMD)能够有效地抑制模态混叠现象。为了更好地对海洋内波进行参数反演,提出了一种基于VMD对合成孔径雷达(synthetic aperture radar,简称SAR)遥感图像中的内波参数进行自动反演的方法。该方法先对SAR图像进行Canny处理,获取图像中的内波条纹信息,再根据内波传播方向自动选取灰度剖面;然后利用集合经验模态分解(ensemble empirical mode decomposition,简称EEMD)信号特征自适应分解模态函数的特点,再将分解得到的有效模态数作为VMD中参数K的参考值;最后利用VMD分解后的数据进行内波参数反演。试验结果表明:通过对Canny预处理后的条纹信息进行灰度剖面自动选取,解决了人为选取剖面所可能导致的误差;通过对剖面信号进行VMD处理不仅解决了EMD模态混叠的问题,成功地反演出内波的前导波振幅,而且所反演的结果与EEMD反演参数以及实测资料数据吻合得很好。

关键词:海洋内波;SAR;Canny;参数反演;经验模态分解;变分模态分解;集合经验模态分解

 不规则波作用下沿岸流流速分布规律分析

王国玉,张  琪,赵银林

(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:基于MIKE21 PMS,对1/10、1/20、1/40、1/100 四种不同坡度地形下不规则波浪产生的沿岸流进行数值模拟。将模拟得到的流速随着离开静水岸线距离的变化曲线进行无量纲化处理,并选用高斯分布函数对流速曲线进行拟合,进而得到高斯分布函数中流速最大值与其出现位置以及流速分布宽度等参数随着入射波浪要素和地形坡度的变化关系。研究结果表明,文中给出的高斯分布函数适用于描述不规则波浪作用生成的沿岸流流速分布规律。

关键词:波生流;不规则波;高斯分布函数;流速分布;沿岸流

 振荡流作用下圆柱体结构的水动力特性研究

杨冲霄,袁昱超,薛鸿祥,唐文勇

(上海交通大学海洋工程国家重点实验室,上海 200240)

摘  要:圆柱绕流作为流体力学领域中的经典问题,近年来得到了广泛的关注和研究。开展振荡流下二维圆柱的水动力特性和漩涡发放形态研究将为认识和理解圆柱绕流特性提供重要参考。基于RANS方程,采用k-ω SST 湍流模型,首先通过对比雷诺数10 000时均匀流下的受迫振动试验数据,验证了研究方法的可行性,进而开展了振荡流下圆柱绕流的数值模拟,对比讨论了5种KC数下流体力系数变化情况及漩涡脱落模式,并开展了升力系数时历分析。结果表明:在低振幅、低频率下,小KC数时激励力系数变化较大,大KC数时流态趋向于均匀流,激励力系数变化较小。在大KC数时可以观察到较为明显的2S脱落模式,升力系数在每一周期内出现两次振幅调制现象,小KC数时流体变化较快,规律性相对较弱。

关键词:振荡流;KC数;受迫振动;流体力系数;漩涡形态

 不规则波下船舶运动响应特征数值分析

杜一豪1,纪  翀1,姜胜超1, 2,顾丹丹3,米晓林3

(1. 大连理工大学船舶工程学院,辽宁 大连 116024;2. 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;3.电磁散射重点实验室,上海 200438)

摘  要:针对不规则波浪作用下Wigley型船的运动响应问题进行了系统的研究,采用统计学方法深入探讨了船舶不规则运动幅值和响应周期的分布规律,并通过傅里叶变换对船舶运动响应进行了频谱特征分析。结果表明,船舶横摇方向与升沉和纵摇方向随机运动的响应特征有显著差异。在升沉与纵摇方向,波浪谱峰频率远离自振频率,前十分之"一大振幅运动对应周期离散性较小,基本稳定在波浪谱峰周期附近,但小振幅运动周期分布离散性较大,频谱分析指出船舶升沉与纵摇运动响应频谱在波浪谱峰频率附近出现明显峰值。而在横摇方向,波浪谱峰频率与自振频率相耦合,不同振幅的横摇运动响应周期均稳定在自振周期附近,且周期离散性较小,频谱分析也表明横摇运动响应频谱主要集中于船舶运动自振频率附近。

关键词:不规则波;运动响应;时域模拟; HydroStar;频谱分析

 屈曲利用因子约束下船体板架结构优化设计方法

韩  涛1,汪俊泽2,王  元1,易家祥2,吴嘉蒙1,程远胜2,刘  均2

(1. 中国船舶及海洋工程设计研究院,上海 200011;2. 华中科技大学船舶与海洋工程学院,湖北 武汉 430074)

摘  要:船体板架结构在屈曲约束下的优化问题具有变量多和约束多的特点,且屈曲计算需借助有限元分析,属于大规模耗时优化问题,运用常规优化方法求解需要较高的计算成本。这里提出一种适用于屈曲约束下船体板架快速优化方法,该方法利用板格屈曲利用因子具有局部性的特点,对板格厚度自变量空间进行降维处理;用板格屈曲利用因子对板格厚度具有单调性的特点,采用牛顿迭代方法求解其达到目标值的板格厚度;同时比较板格在相同重量增量下,加筋叠加板厚与仅加板厚对屈曲利用因子改善程度的大小决定是否加筋;通过两阶段的迭代寻优,快速获得最优的板厚以及防屈曲筋布置方案。某油船双层底优化结果显示,该方法能够在30步之"内完成优化计算,优化效率高;优化方案相比原始方案减重达17.63%,绝大部分板格屈曲利用因子取值在0.9~1.0 之"间,材料得到充分利用。

关键词:船体板架;屈曲利用因子;优化设计;板格厚度;加筋

 浮式两级缓冲防撞系统及浮体结构构型研究

陆  凯1,陈徐均1,程良玉1,沈海鹏1,吴广怀2

(1. 陆军工程大学野战工程学院,江苏 南京 210007;2. 南京广博工程技术有限公司,江苏 南京 210046)

摘  要:以浮式两级缓冲防撞系统为研究对象,介绍其工作原理,利用动力学分析软件LS-DYNA构建了碰撞模型并进行了仿真计算,依据仿真结果完成了以阻尼索组与浮体结构构型为主要内容的防撞系统设计。研究确定了阻尼索组的布置位置、材料及数量,为浮体内部结构构型设计了7种比选方案,分别对5 000 t 船舶撞击浮体前梁和侧梁的动态过程进行了仿真分析,对比了不同方案及不同板梁厚度下的接触力。研究结果表明:浮体内部构造若选用板梁厚度12 mm 的方案6设计,则碰撞发生时浮体前梁和侧梁分别可以稳定地提供10.4 MN 和7.9 MN 的均值力,以及11.5 MN 和8.9 MN 的峰值力,设计浮体能够满足整体刚度要求,防撞系统符合双保护原则。防撞系统及浮体结构构型设计为下一步全面开展船舶撞击防撞系统后的动力学响应分析奠定了基础。

关键词:桥梁工程;浮式两级缓冲防撞系统;撞击力分析;浮体结构构型;阻尼索组

 用于拆平台的双船协同动力定位试验研究

付振秋1, 2, 3,李  欣1, 2, 3,郭孝先1, 2, 3,田新亮1, 2, 3

(1. 海洋工程国家重点试验室(上海交通大学),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. 上海交通大学三亚崖州湾深海科技研究院,海南 三亚 572024)

摘  要:大型海洋结构物的退役和拆除是油气行业面临的一个巨大挑战。双船起重拆除法提供了一种低成本、高效、灵活的解决方案,该方案采用两艘具有动力定位功能的半潜运输船从平台两侧将平台上层组块托起,随后协同托举运输至第三艘半潜运输船上后转运送至陆地。在这个过程中涉及到两艘及三艘船的协同动力定位作业,这对动力定位系统的同步性具有很高要求。多船近距离协同动力定位会受到螺旋桨与螺旋桨、船体与船体及螺旋桨与船体之"间的干扰,动力定位的性能会受到影响。为此开展了相应的水池模型试验研究,对复杂环境下多船协同动力定位性能进行了分析,包括定位精度、功率消耗等,并对动力定位风险点进行了深入研究,验证了双船起重拆除法的可行性,并对实际工程的施工提供一定指导意见。

关键词:动力定位;试验分析;双船协同;拆平台;功率消耗,控制精度

 非对称局部壁厚减薄海底管道的屈曲分析

武  行,赵海盛,李  昕

(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:在深海环境中,海底管线不仅承受较高外压,还会因为海水及运输介质的常年侵蚀而形成腐蚀缺陷,而腐蚀缺陷往往会导致管道的外压承载力下降。基于壳体稳定性理论,建立了含有非对称局部壁厚减薄管道在外压作用下的屈曲压力理论公式。公式具有广泛的适用性,当内、外局部壁厚减薄深度相等时,可用于计算含有对称局部壁厚减薄管道屈曲压力,而当内部或外部缺陷深度为零时,便可用于计算只含外部或者内部腐蚀缺陷的管道屈曲压力。通过有限元分析验证了该公式的正确性,结果表明公式可以准确预测不同缺陷位置及尺寸时管道的屈曲压力。详细研究了局部壁厚减薄缺陷位置、长度和深度等参数对屈曲压力的影响。研究表明,局部腐蚀对管道的屈曲压力产生重要影响,尤其当腐蚀角度和深度较大时,在腐蚀形成初期就会造成管道的承载力急剧下降,并且管道的屈曲压力与缺陷的径向位置有关,腐蚀缺陷位于管道外侧时的屈曲压力明显大于其位于管道内侧时的屈曲压力。

关键词:海底管道;屈曲分析;外压;腐蚀缺陷;非对称

 基于边界面模型的砂土中板锚循环承载力数值分析

王  强,刘海笑,李  洲

(天津大学建筑工程学院,天津 300072)

摘  要:利用带误差控制的显式积分算法,将一种适用于饱和砂土排水循环动力分析的边界面塑性模型编写成可供有限元软件调用的用户自定义材料子程序。建立土体单元有限元数值模型对Toyoura 砂的静、动排水三轴试验进行模拟,验证了模型具备合理描述砂土在不同荷载条件下力学响应的能力。建立饱和砂土中板锚循环承载分析的数值模型,针对板锚在砂土中的单调抗拔特性和循环承载特性进行数值分析,得到了与模型试验一致的荷载—位移响应规律。考察循环荷载要素对板锚循环承载特性的影响,结果发现,随着循环荷载的施加,板锚永久位移逐渐累积,循环荷载会导致板锚持续移动,循环幅值越大,初始位移和位移变化率越大;循环均值越大,初始位移越大,但位移变化率越小。

关键词:边界面塑性模型;显式积分算法;数值分析模型;循环承载力;板锚

 橡胶坝导流堤对高桩码头后方流场影响分析

高洋洋1, 2,朱佳慧1,,王立忠1, 2,沃恩海3,张卓先3

(1. 浙江大学 海洋学院,浙江 舟山 316021;2. 海洋感知技术与装备教育部工程研究中心,浙江 舟山 316021;3. 浙江省海港投资运营集团有限公司,浙江 宁波 315040)

摘  要:首次提出了采用充水式橡胶坝导流堤对码头后方进行清淤减载的工程方案,并结合实际工程构建了码头后方三维流场数学模型,研究了垂直导流堤、下挑式导流堤、上挑式导流堤、离岸短堤、正八字型导流堤和倒八字型导流堤6 种不同拓扑构型的橡胶坝导流堤对码头后方流场的影响,探讨了码头后方瞬时涡量、三维流线拓扑、时均流速及雷诺应力分布随不同型式导流堤的变化规律。研究结果表明,当布置橡胶坝导流堤后,码头后方流场流速会明显增大,其中垂直导流堤和上挑式导流堤挑流效果最为显著。

关键词:高桩码头;码头后方回淤;橡胶坝导流堤;速度流场

 沉箱基础对摇板式波浪能装置水动力性能影响研究

汪俊有,李爱军,刘  勇

(中国海洋大学 山东省海洋工程重点实验室,山东 青岛 266100)

摘  要:摇板式波浪能转换装置具有频率响应范围广、可靠性好、常规海况下转换效率高、建造成本低等优点。基于势流理论建立具有沉箱基础的摇板式波浪能装置水动力性能的解析解。将解析结果与文献中已有结果和边界元数值结果进行了对比,验证了解析解求解过程的正确性。通过算例分析,研究了波浪入射频率、沉箱基础高度、沉箱基础宽度、摇板位置、摇板厚度和摇板密度对装置能量俘获效率的影响。研究结果表明:采用合适高度的沉箱基础能显著提升装置性能;长波海况下,摇板铰接在沉箱基础背浪侧上表面时装置性能更佳,而短波海况下,摇板铰接在沉箱基础迎浪侧上表面更为合理;沉箱基础宽

度的推荐值为0.5 到1.0 倍水深;适当减小摇板厚度能够提升装置性能;应优先选用密度较大的摇板。

关键词:沉箱基础;摇板;波浪能;解析解;俘获效率

 强潮高浊度海域坐底结构物稳定性分析

刘  炬,王少华,李  莉,孙红月

(浙江大学 海洋学院,浙江 舟山 316021)

摘  要:为满足强潮高浊度海域海底观测网布设需求,以潮动力强、泥沙浓度高的舟山群岛螺头水道为例,研究坐底结构物的稳定性。对3种形状的观测网坐底混凝土结构体进行计算分析,结果表明3种结构体抗滑安全系数2.22~7.40,抗倾覆安全系数1.59~1.64,沉降14.32~43.60 mm,地基承载力符合规范要求。针对冲刷可能导致的结构倾斜,建立结构体泥沙冲淤三维数值模型,分析了3种结构体的局部微流场与底床冲淤特性。模型结果表明,3种观测网坐底结构体在强潮流高浊度海域中符合稳定性要求,其中圆台结构体的稳定性最好。

关键词:坐底结构物;稳定性;冲淤变化;高浊度;强潮海域;舟山群岛;螺头水道

 基于浙江海堤安全的海洋环境因子变化研究

叶 舟

(浙江海洋大学,浙江 舟山 316022)

摘  要:海堤工程是防御风暴潮侵袭、减轻海洋灾害的重要工程措施。海洋环境科学与工程技术研究不断发展,特别是海洋环境、海岸动力学和海岸地貌学等多学科交叉研究,海洋水文等资料不断积累和工程实践经验的日益丰富,为我国推进海堤抵御风暴潮灾害等安全研究和工程实践提供了有利条件。通过分析历史监测数据研究了浙江海岸滩地高程、年最高潮位、风浪、台风暴潮、海平面上升等海洋环境因子的变化趋势,与浙江省技术规范比较表明,近几十年来这些因子变化幅度不断加大,这种变化趋势说明受海洋环境影响,海堤安全面临挑成。

关键词:海洋环境;环境因子;海堤安全;海堤工程;浙江省

 C60全珊瑚海水混凝土的钢筋锈蚀行为研究

李森林1,余红发2,达 波3, 4,麻海燕2,吴  烨1,吴彰钰2,郭建博2

(1. 彩神app下载安卓版,江苏 南京 210029; 2. 南京航空航天大学 土木与机场工程系,江苏 南京 210016;3. 河海大学 港口海岸与近海工程学院,江苏 南京 210098;4. 河海大学 海岸灾害及防护教育部重点实验室,江苏 南京 210098)

摘  要:采用线性极化电阻法,测试了C60全珊瑚海水混凝土(coral aggregate seawater concrete,简称CASC)的线性极化曲线、自腐蚀电位(Ecorr)和极化电阻(Rp),研究了不同暴露时间、不同种类钢筋CASC的钢筋腐蚀行为,提出了提升岛礁CASC结构耐久性的建议措施。结果表明:随着暴露时间的延长,CASC的Ecorr和Rp均逐渐降低,钢筋的耐蚀性能逐渐减弱。不同种类钢筋CASC 耐蚀性能规律为:316不锈钢筋优于有机新涂层钢筋,优于普通钢筋。即使暴露0 d,CASC中普通钢筋仍会发生锈蚀,表明普通钢筋在不附加任何防腐措施的条件下不适用于岛礁CASC结构。综合分析阻锈效果和成本因素,316不锈钢筋的性价比明显低于有机新涂层钢筋,建议岛礁CASC工程优先选用有机新涂层钢筋。

关键词:全珊瑚海水混凝土;钢筋锈蚀行为;线性极化电阻法;暴露时间;钢筋种类

 基于有限元方法的柔性立管防弯器疲劳寿命分析

刘军鹏1,齐华林1,罗晓兰2,张振兴3,张  涛2

(1. 中国石油大学(北京) 安全与海洋工程学院,北京 102249;2. 中国石油大学(北京) 机械与储运工程学院,北京 102249;3. 海洋石油工程股份有限公司,天津 300450)

摘  要:防弯器是柔性管系统中的一个关键附件,其与柔性立管相互作用带来的非线性问题使得预测其疲劳寿命十分困难。以南海某油田柔性立管防弯器为例,采用ABQUS建立了柔性立管与防弯器的“管中管”分析模型,模型中考虑了两者之"间的间隙和滑动摩擦,以及材料非线性和接触非线性等因素。在加载方式上利用“位移”载荷取代传统的“力—角度”载荷,更符合工程实际。利用防弯器材料的ε-N疲劳试验曲线,结合防弯器的应力分析结果,得到危险截面的疲劳寿命。考虑材料非线性的管中管模型和疲劳寿命的计算方法,可为今后运动监测数据的利用和防弯器的优化设计提供借鉴。

关键词:柔性管;防弯器;管中管模型;疲劳寿命预测;ε-N曲线

 混合破坏模式在自升式钻井平台插桩中的应用

佘  稳,蒋宝凡,刘剑涛

(中海油田服务股份有限公司,天津 300459)

摘  要:自升式钻井平台插桩深度分析要求高,难度大,可检验性非常强。常规计算模式主要为“穿刺破坏模式”和“排挤破坏模式”。对于某些地质条件复杂的井场,按这两种模式分析计算的结果仍存在个别预测不准的情况。因此,如何提高钻井平台插桩分析的准确性,是目前需要攻克的一个技术难点。在总结工程插桩实践经验的基础上,提出了一种新的分析模式,即“混合破坏模式”。以南海一个工程实例进行具体分析,该井场应用“混合破坏模式”分析的插桩结果与实际结果较为吻合。并对数个复杂井场的实际插桩结果进行了统计分析,总结了桩端土体破坏模式的影响因素及“混合破坏模式”的特点,为在复杂地层中进行插桩分析提供了参考。

关键词:插桩深度分析;反分析;破坏模式;穿刺;排挤

 海洋混凝土结构环境作用等级与耐久性设计参数的中外规范对比

余  波1, 2, 3,喻泽成1,范志宏4,杨绿峰1, 2, 3

(1. 广西大学 土木建筑工程学院,广西 南宁 530004;2. 广西防灾减灾与工程安全重点实验室,广西 南宁 530004;3. 广西大学 工程防灾与结构安全教育部重点实验室,广西 南宁 530004;4. 中交四航工程研究院有限公司,广东 广州 510230)

摘  要:围绕海洋混凝土结构的环境作用等级划分和耐久性设计参数限值,对国内外现行的混凝土结构耐久性设计规范进行了系统对比分析。首先分析了国内外14 个国家和地区的32 部混凝土结构耐久性设计规范的技术特点,然后对比了不同规范对于海洋氯盐环境条件和环境作用等级划分的依据和差异性,进而从最低混凝土强度等级、最大水胶比、最小胶凝材料用量、最小保护层厚度、抗氯离子渗透性指标限值、最大初始氯离子含量和最大裂缝宽度等方面,系统对比分析了不同规范对于海洋混凝土结构耐久性设计参数限值的差异性,为海洋混凝土结构的耐久性设计提供了参考。

关键词:海洋环境;混凝土结构;环境作用等级;耐久性设计参数;规范对比


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