海底悬空管道受坠物撞击凹陷损伤研究

基于非线性有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立海底悬空管道受坠物撞击的三维模型,考虑接触、摩擦和管土耦合作用,模拟海底悬空管道受坠物撞击的动态响应过程。通过大量的数值模拟,对比分析撞击能量、撞击角度以及坠物与管道间的摩擦对海底悬空管道受撞击部位凹陷损伤的影响。结果表明:管道受撞击部位的凹陷损伤随撞击能量的增大而变大;坠物撞击角度越大,管道受撞击部位的凹陷损伤越大;坠物与管道之间的摩擦使管道受撞击部位凹陷损伤略微增大,但影响很小。     

坠物撞击海底悬空管道数值模拟研究

为研究坠物对海底悬空管道的撞击损伤规律,基于非线性有限元分析软件ANSYS/LS-DYNA建立考虑管土相互作用的坠物撞击悬空管道数值模型。经过数值模拟,探究了撞击能量、土体性质和悬空长度等对海底管道受坠物撞击后凹陷损伤的影响。研究表明,撞击能量是影响海底悬空管道损伤程度的主要因素,在同样的撞击能量下,海底悬空管道的悬空段长度对管道的凹陷损伤影响不大,但管道弹性变形以及海床的土体变形会有差异,虽然海床土体变形会吸收大量的撞击能量,但改变土体性质同样对管道损伤结果影响不大。研究结果可以为海底管道的工程设计提供一定的参考。     

基于CEL法的埋深海底管道受坠物撞击损伤分析

海底管道一旦受到坠物撞击损伤,会造成严重的环境污染及经济损失,为保证管道在运行期间的安全性,常对其进行埋深处理。对于有埋深的海底管道,坠物的撞击会造成管道上覆土体的大变形,在数值模拟中会导致网格畸变,甚至无法收敛。耦合欧拉-拉格朗日法(CEL法)可有效处理土体大变形问题,本文基于此方法建立了坠物-管道-土体有限元模型,分析了坠物撞击速度、质量、形状、海床土体性质(弹性模量、内摩擦角、黏聚力)、埋深对海底管道塑性变形的影响。结果表明,管道的凹痕深度随坠物撞击速度和质量的增加而增加;坠物与海床土体及管道接触面积越小,管道的凹痕深度越大;管道的埋置深度及海床土体的性质对吸收坠物的撞击能量有直接关系:海床土体的强度越高、埋深越大,管道所受到的损伤程度越小。分析结果可为管道的设计与防护工作提供科学依据,且与现行规范比较,本文方法更加经济、合理。     

坠物碰撞下海底管道凹陷及损伤区域数值模拟研究

基于ANSYS/LS-DYNA有限元软件显示动力分析,采用非线性动态有限元法,对海底管道受坠物碰撞的动态过程进行数值模拟,对比分析坠物质量、坠物形状、轴向预加荷载因素对海底管道在撞击作用下凹陷及损伤区域的影响。结果表明:海底管道受撞击部位的凹陷及损伤区域随着坠物能量的增加而增大;坠物形状因素由于碰撞发生时接触面不同对管道凹陷及损伤区域造成不同的影响;海底管道内压的存在一定程度上抵抗了碰撞造成的局部塑性损伤变形;轴向受拉对海底管道损伤方面的影响很小可忽略不计;适当增加轴向压力可提升海底管道抗碰撞冲击能力而过大的轴向压力会加剧管道破坏。     

坠物与拖网板撞击海底管道的损伤分析

针对船舶抛锚、海洋平台坠物以及渔业拖网板对海底管线的撞击会造成损伤,本文采用非显式有限元法对其损伤程度进行了模拟。采用Drucker-Prager(DP)模型模拟海床,建立了坠物-管道-土体有限元模型,分析了坠物质量、形状、撞击速度、海床土体性质(弹性模量、内摩擦角、粘聚力)、埋深及拖网板撞击方式对海底管道塑性变形的影响。分析结果可以为管道的设计与防护工作提供科学依据,并且与现行规范进行了比较,本方法结果更加经济、合理。     

基于LS-DYNA海底悬空管道受坠物碰撞动力响应分析（英文）

基于ANSYS/LS-DYNA动力学分析软件,采用非线性动力有限元法,对坠物撞击海底管道的过程进行数值仿真。通过大量的数值模拟得出:相同坠落物能量的情况下,悬空管道的凹陷损伤深度与裸露管道的相比偏小,且随着坠落物能量的增加,其差值增大;随着坠落物速度、坠落物质量的增大,管道撞击部位凹陷变形加剧,海底管道悬空段的最大振动幅值增大;相同坠落物能量的情况下,坠落物与悬空管道的接触面积越小,悬空管道的损伤深度越大;海床土体参数(剪切弹性模量、内摩擦角、密度)的变化对悬空管道的凹陷损伤深度及悬空段的最大振动幅值的影响较小。     

基于LS-DYNA海底悬空管道受坠物碰撞动力响应分析

基于ANSYS/LS-DYNA动力学分析软件,采用非线性动力有限元法,对坠物撞击海底管道的过程进行数值仿真。通过大量的数值模拟得出:相同坠落物能量的情况下,悬空管道的凹陷损伤深度与裸露管道的相比偏小,且随着坠落物能量的增加,其差值增大;随着坠落物速度、坠落物质量的增大,管道撞击部位凹陷变形加剧,海底管道悬空段的最大振动幅值增大;相同坠落物能量的情况下,坠落物与悬空管道的接触面积越小,悬空管道的损伤深度越大;海床土体参数(剪切弹性模量、内摩擦角、密度)的变化对悬空管道的凹陷损伤深度及悬空段的最大振动幅值的影响较小。     

海底管道受坠物锚击损伤试验与数值模拟研究

为探索海底管道在锚击作用下的损伤规律,通过海底管道损伤试验和数值模拟,研究了坠物质量、坠落高度和坠物形状对海底管道机械损伤的影响,并结合试验结果修正了Ellinas-Wallker公式。研究结果表明:管道的凹陷损伤随坠物质量和坠落高度的增大而变大;在相同质量的立方体、球体和模型锚三种形状坠物作用下,球体坠物对管道的损伤最严重;EllinasWallker公式计算结果偏于保守,修正后计算结果与试验和数值模拟结果吻合良好。研究结果可以为海底管道的工程设计及应用提供一定的参考。     

海底管道遭受船锚撞击的风险分析

坠锚事故容易对海底管道造成撞击损伤,引起环境污染及经济损失。为保证管道在运行期间的安全,有必要对其进行风险分析。基于可靠度理论,在DNV规范(DNV-RP-F107)推荐方法的基础上,本文提出了一种失效概率的计算方法,该方法可考虑船锚质量、尺寸及管道尺寸、材料强度等因素对失效概率的影响,与实际情况更相符。结合工程实例,对船锚撞击作用下的海底管道进行了风险分析。考虑随机变量的变异性,探讨了管道失效概率对各变量的敏感性。分析结果可为降低海底管道损伤风险及采取合理的防护措施提供技术参考。     

基于数值模拟的海底管道抛锚撞击机械损伤及其防护措施研究

采用三维非线性动态有限元方法对抛锚撞击海底管道进行模拟。建立霍尔锚模型,考虑管土相互作用,研究不同撞击能量下抛锚撞击管道的机械损伤(最大凹陷)变化规律。对不同防护措施的防护效果进行探讨,包括埋深、混凝土配重层、加大径厚比等措施。数值模拟结果与试验结果进行对比,两者结果吻合较好。结果表明:当锚与管道接触面积越小时,锚对管道的撞击凹陷越大;加大埋深对抛锚撞击管道有很好防护的作用;管道内压对抛锚撞击管道有一定的抵抗作用;混凝土配重层对防护抛锚撞击管道的防护作用不明显;增加管道壁厚是防护抛锚撞击管道的有效措施之一,也应考虑经济性。本文研究结果为实际工程中降低抛锚撞击管道机械损伤后果提供参考。     

落物撞击作用下海底管道风险评估

海洋平台吊机起吊货物频繁,落物事故偶有发生,对平台附近的海底管道造成危害。在DNV推荐方法的基础上,改进了碰撞概率的计算方法。运用概率统计的方法以及失效概率理论编制Matlab程序,充分考虑各因素不确定性基础上,对落物撞击作用下海底管道进行了风险评估及敏感性分析。为减少落物对海底管线的损伤,及如何配置合理的防护措施提供了科学依据。     

玉筋鱼养活实验——水底铺沙法

作者在进行有关海洋食物链能流转换实验研究中,遇到了玉筋鱼(Ammodytesperonatus)养活的困难,致使该项实验中途停顿,因此,进行了玉筋鱼的养活实验。本文阐明了在人工条件下养活玉筋鱼的过程和方法。1　玉筋鱼的养活实验1991年4月9日,从青岛近海捕获玉筋鱼数10尾,放入玻璃水族缸内(60L)暂养,微充气,并投喂适量卤虫(ArtemiasinicaC.)幼体,投喂密度为10～20个/ml,12h后,随机取样,观察其胃含物,结果表明,玉筋鱼几乎不摄食。在此同时,进行其行为观察,发现玉筋鱼多在水的中上层集群,辗转游动,即便在黑暗中,也不停止,且其头部常常撞击缸壁,3d后,…     

波浪能振荡浮子转换方式实验装置的研究与设计

针对阵列式振荡浮子波浪能转换设备,提出一种在实验室进行测试研究的实验装置。该实验装置由一组阵列柱形水槽组成,水槽液面在水动力系统的驱动下,按照计算机设定的函数做升降运动;对该装置模型——柱形阵列水槽的假设,依据波浪理论进行了论证;对装置的工作原理、结构设计、技术参数、控制电路和操作运行等做了较详细的说明;对实验装置实际运行和测试情况做了介绍。结果表明:该实验装置设计合理可行,模拟波浪高度,远高于现有的造波水池,构成了一种专用的模拟造波装置;该装置为不同形式振荡浮子式波浪能转换设备的研制提供了一种多功能、大振幅、高效灵活的实验平台。     

非通航孔桥墩自适应拦截网防撞装置实船拦截试验与水动力计算

针对非通航孔桥墩,研发了一种自适应拦截网防船舶撞击装置,主要由系泊大浮体、系泊锚链和固定锚、自适应小浮筒、拦截网、恒阻力缆绳以及触发钢索所组成。阐述了该防撞装置设计原理,即偏航船舶撞击该防撞装置,小浮筒会带动拦截网自适应地从水平状态竖起展开,包裹住来撞船首,再通过相连浮体的运动阻力和恒阻力缆绳来吸收船舶动能,拦截住船舶,保护非通航孔桥墩安全。随后介绍在福建平潭海峡大桥引桥附近海域实施的实船撞击自适应拦截网防撞装置的大型试验,试验结果显示:自适应拦截网成功升起,船舶被安全拦截,从而实验证实了设计原理与设计方案的可行性和可靠性。最后,采用大型水动力分析软件AQWA对防撞装置拦截船舶过程进行数值模拟,模拟结果与实验结果基本一致,说明了数值仿真具有较好的计算精度和可靠性,能够为该防撞装置的结构设计与优化提供重要的参考。     

块石和混凝土排垫保护下海底管道落锚撞击变形响应研究

以往的海底管道落锚撞击防护数值模拟主要为单一保护层模型,这里则针对块石+混凝土排垫复合方案建立模型并开展防护性能研究。基于ABAQUS建立有限元数值模型,模拟了落锚、海底管道、海床土体、块石层和混凝土排垫组成的复杂系统相互作用,研究了管道壁厚、内压,落锚质量和撞击速度等因素对管道应变极值和管体凹陷变形的影响。与单纯块石层保护方案相比,采用的块石+混凝土排垫方案具有更优良的防护效果。研究结果表明：在撞击点处,管道的轴向应变和环向应变均达到最大值,且随着与撞击点距离的增加沿管道轴向逐渐减小;撞击结束后,管道上仍然残留一定的塑性应变。随着管道壁厚的增加,管道的最大应变和凹陷深度也随之减小;随着内压的增加,管道上最大拉伸应变变大,而最大压缩应变和凹陷深度减小。随着落锚速度或者质量的增加,管道上最大应变和凹痕深度均变大;在相同动能情况下,管道上的最大应变和凹陷值基本相同,也表明落锚动能是影响管道变形响应的控制因素。本文研究成果可为海底管道防护方案设计提供科学依据。     

天然气水合物实验装置及其发展趋势

研究天然气水合物离不开实验模拟。分析了国内外水合物实验装置设计和发展情况及相应的实验研究内容，总结了水合物实验系统构成，探讨了我国与国外水平的差距，最后归纳了国内外水合物实验装置研究特点与技术发展趋势，并给出了提高我国水合物综合实验研究水平的建议。     

涡激振动潮流能转换装置获能实验研究

涡激振动潮流能转换装置是适用于低流速、浅水地区的海洋潮流能资源开发的一种新型装置。本文对涡激振动装置的工作机理进行研究,利用涡激振动流体力分解模型,建立了涡激振动方程和预测模型并对预测模型进行了验证。建立涡激振动的数学耦合模型,结合理论分析和预测模型设计了模型实验样机,进行水槽实验,测试流速、弹性系数等参数对涡激振动响应的影响,实验数据验证了数学耦合模型的合理性。     

基于半仿真实验系统的调谐质量阻尼器等效阻尼力测量

为了研究调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)在海洋平台冰激振动中的减振效果,提出一种基于半仿真实验系统的TMD等效阻尼力测量方法,利用该系统可以直接测试结构安装TMD装置时产生的作用力.介绍该实验系统的测试原理及等效阻尼力的测量方法,并在正弦位移输入下,对TMD装置进行了测试,比较等效阻尼力的实测值与计算值,结果证明利用该系统可以测量得到TMD的等效阻尼力.     

基于等效电路的舰船轴频电流建模与实验分析

针对舰船轴频电场信号源的发生机理和应用研究的问题，以实验室轴电流模拟装置为平台， 建立了一种基于等效电路的舰船轴频电流的模型，研究了轴电流模拟装置的大轴振动情况，对大轴电流进行了建模仿真，得到了不同转速下大轴轴电流波形图及其频谱，使用轴电流模拟装置进行了轴电流实验。 通过仿真结果与轴电流实验数据对比，计算得到该建模方法轴电流平均误差在 8% 以内，验证了该建模方法在理论上的可行性。     

基于跨航道抛锚作业的海底管道埋深研究

抛锚作业给跨航道海底管道带来的安全风险问题越来越引起人们的关注。为了加强海底管道防冲击能力、保障管道的安全运营,针对抛锚冲击作用下的管道埋深进行研究。通过建立小尺寸抛锚冲击管道实验平台,获得了冲击荷载作用下抛锚高度、管道埋深、堆石材质等参量对管道响应的影响。并基于正交实验原理,综合分析了不同参量对管道响应的敏感性。利用有限元法对抛锚冲击管道的过程进行瞬态动力分析,进一步研究了堆石材料力学特性对管道埋深的影响。结果表明:在冲击荷载作用下,堆石层的材料特性对冲击能量的耗散起着重要作用。通过将数值分析结果与实验数据作对比,并结合DNV规范中的能量计算方法,提出了抛锚冲击荷载作用下管道最小埋深的计算方法。研究成果为海底管道的安全铺设提供一定的理论指导。