有限长正弦地形上的波浪传播问题研究
滕 斌，崔 杰
（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：应用基于势流理论的频域边界元方法，研究了波浪在有限长正弦周期地形上的传播问题。开展了网格收敛性分析，并与物理模型试验结果做了对比，验证了数值方法的准确性。研究了正弦地形长度和正弦地形幅度对水波反射率的影响，以及波浪在周期性地形上传播时的沿程波幅变化。研究发现，波浪反射系数随波数的变化及波浪幅值沿程的变化均呈包络状；当频率处于布拉格共振区域边缘且反射率为零时，周期地形上会出现极大的波幅；随海床波幅增大，第一布拉格共振带变宽且向低频移动。
关键词：水波反射率；布拉格共振；边界元方法；正弦地形；相对波幅；波浪传播
基于模糊petri网络的fpso单点多管缆干涉风险评估
余建星1,2，曾庆泽1,2，余 杨1,2，陈海成1,2，吴世博1,2，范海昭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 300072；2. 天津大学 天津市港口与海洋工程重点实验室，天津 300350）
摘要：fpso单点系泊系统水下管缆众多，受环境等因素影响，管缆容易发生拉伸、扭转、弯曲和碰撞，引发干涉现象，危及工程安全。针对fpso单点多管缆干涉风险，提出了基于模糊petri网络的风险评估方法。首先，辨识风险因素来构建风险评估指标体系，并转化为模糊petri网模型；其次，采用层次分析法确定风险因素的常权重，并引入模糊置信结构来提高专家主观评价的准确性；然后，将变权理论与模糊推理算法相结合来迭代求解库所可信度和状态矩阵；最后，以南海某内转塔式fpso为例进行了风险评估。结果表明：该fpso的风险评估等级为中等，环境与设备因素是影响管缆干涉的主要因素。通过风险排序结果对综合评估值较高的风险指标提出了风险控制措施，可有效降低管缆干涉风险发生的概率与危害。
关键词：fpso单点系泊系统；管缆干涉；模糊petri网；风险评估
混合模块大型浮式结构系统耦合动力响应分析
刘亚琼1，任年鑫2，欧进萍1
（1. 哈尔滨工业大学（深圳） 土木与环境工程学院，广东 深圳 518055；2. 海南大学 土木建筑工程学院，海南 海口 570228）
摘要：针对具有天然岛礁庇护或人工庇护的温和海洋环境，提出了一种混合模块大型浮式结构系统，即水动力性能更优的半潜式模块作为内侧主模块，消波效果更优的箱式模块作为外侧浮式防波模块和波浪能发电模块。波浪能装置利用外侧箱式模块与内侧半潜式模块的相对纵摇运动进行发电。考虑模块间多体水动力耦合效应和连接器机械耦合效应，基于ansys－aqwa程序重点研究了典型海况下混合5模块串联浮式结构系统的动力响应特征。结果表明，外侧箱式模块和波浪能发电装置能有效减弱内侧半潜式主模块运动响应、连接器动力响应和系泊缆绳张力，并且提供一定的能源供给。本文主要研究成果可为模块化超大型浮式结构系统的防波－发电集成系统设计提供参考。
关键词：混合模块；多浮体；波浪能发电；连接器机械耦合；水动力耦合；超大型浮式结构
考虑涡激运动下海洋柔性立管的疲劳损伤分析
张火明1，陈国庆1，陆萍蓝2，余润梁1，管卫兵3
（1. 中国计量大学 浙江省流量计量技术重点实验室，浙江 杭州 310018；2. 中国计量大学 工程训练中心，浙江 杭州 310018；3. 自然资源部第二海洋研究所，浙江 杭州 310012）
摘 要：基于abaqus/aqua模块，当spar平台发生涡激运动时，对与平台相连接的柔性立管进行时域动态响应分析，得到了不同折合速度下柔性立管的应力响应曲线。对立管触地区域和悬垂段进行了细化的分析，并利用s-n曲线和miner线性累积损伤理论对平台涡激运动引起的柔性立管疲劳损伤进行了计算。研究结果表明：平台涡激运动对立管触地区域和悬垂段的影响较大，这两部分最容易在长时间的工作中产生疲劳损伤。特别是平台运动到近点时，立管触地区域受到的应力急剧增加，这个区域是立管工作的危险区域，应该特别注意。该研究结论可以作为立管结构设计和海底铺设时的参考，通过增加立管触地区域的结构强度和优化铺设方式，从而来提高立管的疲劳寿命和系统的安全性。
关键词：spar平台；涡激运动；柔性立管；折合速度；触地区；疲劳损伤分析
弯曲柔性立管举升气液两相流时的流固耦合效应研究
高 岳1，朱红钧1, 2，王珂楠3，颜知音4，胡 洁1
（1. 西南石油大学 石油与天然气工程学院，四川 成都 610500；2. 天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300350；3. 海洋石油工程有限公司，天津 300452；4. 中国石油西南油气田公司天然气净化总厂，重庆 400021）
摘要：海洋油气混输时，气液两相流与混输立管之间的双向流固耦合作用机理十分复杂。针对柔性立管与气液两相流的流固耦合响应问题，在气液两相循环试验装置中开展了不同流型两相流流动特性及柔性立管振动响应的测试，利用高速摄像非介入测试技术同步捕捉了柔性立管的振动位移与管内的流型演变过程，对比了不同流型气液两相流诱导的立管振动响应特性，通过对比固定和振动立管内的气液两相流动特性，辨析了振动对管内两相流动的影响。结果表明：柔性立管中出现了泡状流、泡状－段塞流、段塞流、段塞-搅拌流和搅拌流五种流型，不同流型的气液两相流诱导立管振动的机理不同，在段塞－搅拌流作用时立管的振动响应最剧烈。与固定立管相比，强烈的振动不同程度地改变了气液两相流的流动特性，振动立管中部分两相流流型转变的临界条件有明显地调整，相对而言，振动对搅拌流和泡状流的影响较小。
关键词：海洋立管；气液两相流；流固耦合；海上油气；流致振动
内孤立波作用下半潜平台荷载及其周围流场数值模拟研究
艾丛芳1，马玉祥1，丁伟业2，董国海1
（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 116023；2. 浙江海洋大学 海洋工程装备学院，浙江 舟山 316022）
摘要：内孤立波对海洋平台的安全运行存在一定的威胁，基于三维数值水槽对内孤立波传播引起的半潜平台受力及其周围流场的分布进行了数值模拟研究。通过与试验对比，分析了入射波幅和分层流体深度比对半潜平台上内孤立波荷载特性的影响规律，验证了数值模拟结果是准确可靠的。研究表明，内孤立波引起的平台荷载会随着内孤立波波幅的增加而增大，随着分层流体深度比的增加而减小。基于对平台周围剖面速度场和三维涡场的演化规律研究，发现在内孤立波传播过程中，平台周围会出现明显的速度减小区，平台周围会有大量的漩涡产生并发生脱落现象。
关键词：内孤立波；半潜平台；荷载；流场；数值模拟
基于现场实测数据的半潜式平台运动响应分析和极值预测研究
孙刘璐1，于思源1，武文华1，谢 彬2，王世圣2
（1. 大连理工大学 运载工程与力学学部工程力学系 工业装备结构分析国家重点实验室，辽宁 大连 116024；2. 中海石油（中国）有限公司研究总院，北京 100027）
摘要：浮式平台承受风浪流等多种海洋环境载荷作用，呈现出复杂的运动学响应状态。通过对“南海挑战号”半潜式平台的实测六自由度响应数据进行分析，采用广义极值分布建立六自由度响应的概率密度和分布模型，并通过k-s（kolmogorov-smirnov）检验验证了分布模型的合理性，进而开展了对该平台多年一遇重现期的六自由度响应极值预测研究。通过与平台的初始设计指标进行对比，发现平台的横荡、纵荡等五个自由度表现良好，而垂荡的响应极值超出设计指标，在现场作业中应予以注意研究成果对平台的安全作业具有辅助指导意义，可将预测结果作为极端恶劣海况下，人员提前撤离的辅助决策支持。通过更新平台的监测数据进行极值分析和预测研究可评估平台的性能变化行为。
关键词：半潜式平台；六自由度响应；广义极值分布；k-s检验；极值预测
垂荡板对浮式风机水动－气动耦合性能影响研究
郑建才1，赵伟文1，万德成1,2
(1.上海交通大学 船海计算水动力学研究中心(cmhl) 船舶海洋与建筑工程学院，上海 200240；2.浙江大学 海洋学院，浙江 舟山 316021)
摘要：随着风电产业向深远海发展，浮式风机已经成为海上风机未来的发展趋势。然而由于复杂的风浪联合环境载荷作用，浮式风机作业时通常会产生大幅度的运动响应，这一方面会使得浮式风机系统受到的水动力载荷更加复杂，另一方面会影响浮式风机的输出功率。因此，如何有效地抑制浮式风机系统的运动响应就成为了设计的关键。基于非稳态致动线模型和两相流求解器naoefoam-sjtu，进行了带垂荡板的浮式风机耦合性能研究。首先在oc3-hywind spar平台上附加垂荡板，并结合nrel-5mw风力机建立带垂荡板的浮式风机模型。其次对比不同形状的垂荡板对spar-5mw型浮式风机气动－水动耦合结果，分析相同风浪联合作用条件下垂荡板形状对浮式风机耦合响应的影响。研究结果表明：垂荡板能够减小纵荡和垂荡等运动响应幅值，但是对纵摇运动响应影响较小；当垂荡板直径和吃水位置相同时，相同风浪条件下圆形垂荡板能使浮式风机的气动平均功率增大约0.844%，而正方形垂荡板却使平均功率减小1.492%，这说明圆形垂荡板对浮式风机系统的作用效果整体而言优于正方形。
关键词：非稳态致动线模型；naoefoam-sjtu求解器；垂荡板；水动－气动耦合；浮式风机；海上风电
偏航工况下海上浮式风力机基础运动响应及锚泊载荷影响分析
白 旭1，2，杨翔宇1
（1. 江苏科技大学 船舶与海洋工程学院，江苏 镇江 212003；2. 江苏科技大学 结构力学研究所，江苏 镇江 212003）
摘要：海上浮式风力机受风、浪、流等外部载荷影响，运营期间经常处于偏航工况，给风力机基础运动响应和锚泊载荷带来重要影响。基于经典叶素动量理论及势流理论，建立海上浮式风力机水－气动力耦合分析模型，对在非定常风、不规则波浪联合作用下，风力机偏航时基础运动响应及锚泊载荷等进行分析。研究发现，额定风速工况下，风力机偏航对平台纵荡和纵摇运动影响较大，偏航30°时纵荡和纵摇平均值比偏航0°时分别下降20.68%和37.36%，垂荡运动响应受风力机偏航影响较小；锚泊载荷变化趋势与平台运动及锚链布置有关，平台纵荡对锚泊载荷影响较大，偏航30°时锚链#1有效张力平均值比偏航0°时下降12.98%。
关键词：海上浮式风力机；耦合分析；偏航；运动响应；系泊系统
新型半潜式海上风力机基础水动力特性研究
魏东泽1，阙小玲1，付图南2，周 阳1，杜珈宇1，王金涛1
(1. 浙江海洋大学 海洋工程装备学院，浙江 舟山 316022；2. 中国海洋大学 工程学院，山东 青岛 266100）
摘要：概念性地设计了一种新型半潜式海上风力机基础，确定了结构的型式和尺寸，对风浪联合作用下不同工况的风力机基础稳性进行了校核。考虑黏性阻尼和二阶波浪力的作用，计算分析了风力机基础的水动力系数、幅频运动以及动力响应特性。结果表明，经过改进的新型风力机基础具有良好的稳性和水动力性能，特别是在垂荡性能上有大幅的提升。波浪入射角度对垂荡的影响不大，但对其他自由度raos影响较大。垂荡、横摇和纵摇raos均存在一个主峰值和次峰值，但峰值周期均远离波能集中区。此外还发现，不同工况下风浪入射角对风机系统的动力响应和系泊力均有较大影响，相对于工作工况，极端工况下所受风荷载较小，但是系泊力更大。
关键词：海上风力机；半潜式基础；稳性；动力响应；黏性阻尼；二阶波浪力；系泊力
波浪荷载及土体特性对风电单桩基础水平变形影响规律
王 涛1,2，张 琪1,2，叶冠林1,2
（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 土木工程系，上海 200240）
摘要：大直径单桩基础是海上风电应用广泛的一种基础形式，严格控制桩基泥面处的位移是保证基础稳定和风机安全运营的关键因素。通过数值方法建立了单桩－海床的三维模型，将可以描述海洋砂土超固结性和结构性的弹塑性本构模型通过umat子程序嵌入有限元软件abaqus中，桩基承受的波浪荷载通过morison方程进行计算模拟。针对无波浪荷载、仅作用于海床的波浪荷载、同时作用于桩基和海床的波浪荷载三种情况，分析了海床土的动力响应以及桩基的水平位移之间的差异，探讨了海床土体参数对桩基水平变形的影响。研究结果表明海床土体液化会导致桩基水平变形增加，海床土渗透性、超固结性、结构性对桩基水平位移影响显著，研究成果可为海上风电单桩基础的设计与运维提供参考。
关键词：单桩基础；波浪荷载；海床液化；水平位移；海上风电；海床土
海上风机超大直径单桩竖向抗压承载力理论计算及实测方法对比评价
张辉宇1,2，贺 瑞2，陈 强1，肖纪升1，褚严春1
（1. 天津港航工程有限公司，天津 300457；2. 河海大学 港口海岸与近海工程学院，江苏 南京 210098）
摘要：超大直径单桩基础在应用过程中，存在钢管桩沉桩的选锤、防溜桩等关键问题。为解决以上问题，研究超大直径单桩的竖向抗压承载力是有必要的。分别利用《码头结构设计规范》规定的设计做法、圆孔扩张理论法、uwa-05方法、grlweap模型方法对超大直径钢管桩的竖向抗压承载力进行了分析计算并结合工程实例进行比较，发现现行规范规定的钢管桩承载力计算公式对于超大直径钢管桩承载力的估计偏于保守，高应变检测法对于超大直径单桩基础承载力的评估同样偏于保守。
关键词：海上风机；超大直径单桩；钢管桩；竖向荷载；承载力；圆孔扩张理论
黏土中防沉板－桩复合基础地震反应特性研究
关盛杰1，孔德森1, 2，王晓敏1，巩 越1
(1. 山东科技大学 土木工程与建筑学院，山东 青岛 266590；2. 山东科技大学 山东省土木工程防灾减灾重点实验室，山东 青岛 266590)
摘要：为了研究海底防沉板－桩复合基础在地震荷载作用下的动力反应特性，以我国南海深水工程实例为研究对象，利用flac3d有限差分仿真软件建立了计算模型，土体采用mohr-coulomb本构模型，模型底部输入el centro地震波，对不同桩长的复合基础进行分析计算。在该特定工程背景下，研究结果表明：随着桩长的增加，防沉板顶部加速度放大系数呈减小趋势；地震荷载下，复合基础发生震陷，沉降量在地震波加速度峰值过后趋于稳定；当桩长为6 m时，复合基础的水平振动程度和震陷量最小；由于桩基础把震动能量传输到深部土层中，复合基础周围土体的加速度响应值小于远场土体。在动力时域内，防沉板与桩连接处弯矩最大，需要在此处增设加固装置。
关键词：防沉板；复合基础；地震荷载；地震反应；桩－土相互作用；海洋平台；桩基础
考虑轴向荷载和外压影响的非黏结柔性管道骨架层失效分析
陈严飞1, 2，刘 昊1，曹 静3，孙伟栋1，覃雯琪4，阎宇峰1，何明畅1，宗 优1
（1. 中国石油大学（北京） 油气管道输送安全国家工程实验室/石油工程教育部重点实验室/城市油气输配技术北京市重点实验室，北京 102200；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；3. 中海油研究总院，北京 100024；4. 中集海洋工程有限公司，广东 深圳 518000）
摘要：非黏结柔性管道骨架层由不锈钢材料互锁缠绕而成，主要用于抵抗外压防止软管发生压溃失效。骨架层失效是柔性软管故障的最大风险，骨架层失效模式主要分为压溃失效和拉伸失效。采用非线性有限元方法并且考虑几何大变形、材料非线性、接触和摩擦等非线性效应的影响，对“s”型骨架层结构建立三维有限元模型，进行了单外压作用下的压溃失效分析和单一轴向拉力作用下的拉伸失效分析，而后开展轴向拉力和外压载荷组合作用下骨架层压溃失效分析。结果表明轴向拉力会一定程度上降低骨架层压溃承载力，相关结论可以为柔性软管结构设计和完整性评价提供参考。
关键词：非黏结柔性管道；骨架层；轴向极限承载力；压溃失效；压溃压力
薄壁梁约束扭转极限承载能力简化计算方法研究
吴剑国1，吴嘉蒙2,3，李钧晖1，王 醍2，傅 宇1，钱呈龙1
（1. 浙江工业大学 建筑工程学院，浙江 杭州 310023；2. 中国船舶及海洋工程设计研究院，上海 200011；3.上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院，上海 200240）
摘要：为了快速并有效地计算海洋平台等薄壁箱型梁结构的约束扭转极限承载能力，进行了薄壁梁约束扭转极限承载能力简化计算方法研究。基于塑性极限状态分析理论，提出了薄壁梁约束扭转极限状态应力分布假设，将薄壁梁视作为一系列由主要支撑构件和扶强材支撑的板格，推导了薄壁梁约束扭转极限承载能力上限的计算公式。应用非线性有限元方法验证了所提假设和计算公式的精度，将所提方法应用于箱型梁模型和半潜平台的约束扭转极限承载能力的计算分析，并与非线性有限元结果进行了比对，结果表明，本方法具有较高的精度，可用于海洋平台等薄壁梁的扭转极限承载力上限的估算。
关键词：薄壁梁；约束扭转；极限承载能力；箱型梁模型；半潜平台
动力锚在斜坡地基上的沉贯特性
李云飞，韩聪聪，刘 君
(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：水上浮式结构都需要锚固基础来定位。动力锚依靠重力以自由落体的方式安装，是一种自安装锚固基础，具有安装过程简单高效的优点。通过1g模型试验研究了自行研制开发的板型动力锚在斜坡地基上的沉贯过程，分别考虑了基床坡度、锚柄方位和贯入速度对锚最终偏角的影响。结果表明：基床的坡度越大，锚的最终偏角也越大，但基床坡度对动力锚最终偏角影响有限，对动力锚的安装和承载能力影响较小。当贯入速度相同时，锚柄平行坡面时锚的最终偏角最小，锚柄指向坡外时锚的最终偏角最大；当基床坡度相同时，锚的贯入速度越大，锚的最终偏角越小。
关键词：动力锚；斜坡地基；沉贯过程；最终偏角；模型试验
钱塘江河势变迁与径潮流相互作用研究
陈 茁，李 薇，胡 鹏，贺治国
（浙江大学 海洋学院，浙江 舟山 316021）
摘要：基于平面二维水沙床耦合地貌模型，反演了1958年1月至1964年12月连续枯水年期间钱塘江尖山河段的主槽摆动过程，揭示了河势由顺直到弯曲的主要演变规律和内在机制。结果表明，在低径流和强潮流作用下，丰水年形成的北部落潮槽逐渐淤积形成浅滩，南部涨潮槽冲刷发展形成南、北两支，两槽间江心滩发育壮大，形成弯曲河势。河床冲淤主要集中在前两年内，潮汐周期内涨潮初期冲刷、涨憩和落潮初期淤积，区域淤积泥沙主要来源于下游杭州湾，北槽前期淤积为落潮型淤积，后期为涨潮型淤积。河势变化使得区域潮差增大潮动力增强，南槽涨落潮流速显著增大。顺直河势下，江心滩南北两侧分流比差异不大，涨潮期间南侧略高、落潮期间北槽略高。弯曲河势下，南槽水深和纳潮量增加，涨、落潮分流比均显著增大至75%以上。
关键词：钱塘江；主槽变迁；分汊；径潮流相互作用；河床演变
压力注浆螺旋钢管桩抗拔承载性能试验研究
宗钟凌1，2，3，庄潇轩1，黄蕴晗1，2，3，曹 博1，朱建国1，2
(1. 江苏海洋大学 土木与港海工程学院，江苏 连云港 222002；2.江苏省海洋工程基础设施智能建造工程研究中心，江苏 连云港 222002；3.江苏省海洋资源开发研究院(连云港)， 江苏 连云港 222002)
摘要：针对海相软土地区螺旋钢管桩承载力低与腐蚀问题，提出一种新型压力注浆螺旋钢管桩，并设计5根足尺试验桩，进行现场抗拔承载性能试验，研究螺旋叶片直径与排布方式对成桩直径与桩基抗拔承载性能的影响。结果表明，成桩直径与螺旋叶片直径呈正相关，在每节延长段钢管末端设置螺旋叶片利于提高水泥土柱完整性，使成桩直径更为饱满，提高桩基的抗拔承载性能。将试验结果和现行规范抗拔极限承载力计算结果进行对比，计算结果约为实测平均值的94%，在此基础上提出压力注浆螺旋钢管桩抗拔承载力计算参数修正建议，为后续的设计提供参考。
关键词：抗拔承载力；压力注浆；螺旋钢管桩；承载试验
