半潜平台总体强度评估的谱分析法和设计波法对比

采用谱分析方法对半潜平台进行总体强度评估,验证了谱分析方法的可操作性。利用谱分析法计算平台关键连接部位处的应力水平,并与采用设计波法得到的应力结果进行比较,讨论两种方法之间的相关性。计算表明,谱分析法与设计波法存在一定的相关性,谱分析法的计算结果相对准确可靠,设计波法的计算精度依赖于选取的特征载荷工况,且目前规范推荐的载荷工况不够全面。本研究成果可为类似平台的总体强度分析提供参考。     

波浪谱在斜向流作用下的折射

本文根据二波向线间波浪作用通量守恒的原则,提出了在斜向流作用下,波浪频谱折射的分析方法和其计算程序WCINDS1,计算表明,谱分析法得出的结果较规则波分析法更为合理,在斜向流作用下频率各异的组成波,折射后的方向是不同的,此时可以谱峰频的方向角作为整个谱平均方向角的代表值.     

Stokes波的谱特性分析

应用理论推导及数值计算方法，对Stokes随机波的谱特性进行了分析。首先将波面方程，海水质点水平速度用一阶波面分量的非线性组合表示，应用平稳随机高阶短的降阶计算法则，得到了波面方程及海水质点水平速度与一阶波面分量的自相关函数之间的关系，从而确定了Stokes随机波浪的波浪谱密度及海水质点水平速度和加速度谱密度，进而求得有关波浪要素的均方根值。文章还应有数值计算方法，分析了波浪基本参数对均方根值的影响。     

海洋平台冰力反应谱数值算法的研究

本文提出了冰力反应谱的概念,并推导出冰力反应谱数值计算单步法和两步法的解析递推格式,文中给出了一条冰压力时间过程的加速度反应谱计算结果,文末对标准冰力反应谱的标定及其在海洋平台抗冰设计中的应用等问题进行了初步的探讨。     

随机波作用下海床动态响应分析

真实的海洋波浪是随机的,而前人对海床的动态响应分析大都是选用线性波或者Stokes波理论,对海床的模拟大都采用Biot拟静力模型,忽略了流体速度及土体位移加速度的影响。联合使用Longuet-Higgins随机波模型(采用Jonswap谱)以及动力u-p形式的海床响应计算模型,使用COMSOL Multiphysics多场耦合软件的PDE模块输入方程进行有限元计算,得到随机波作用下整体海床动态响应结果。将随机波结果与一阶Stokes波和椭圆余弦波结果进行对比,并对渗透系数和饱和度进行参数分析,研究表明渗透系数和饱和度对于随机波作用下海床动态响应影响显著。     

水分子对硝酸根分子振动的影响

利用第一性原理计算硝酸根与1～3个水分子形成的水合物(NO3-.nH2O,n=1～3)的红外吸收谱,并与测量的硝酸钠水溶液的红外吸收谱进行了比较分析。计算结果表明硝酸根与水分子所形成的水合物具有多种稳定的结构,其中硝酸根与1个水分子结合的亚稳定结构,其硝酸根反对称伸缩振动的劈裂与硝酸钠水溶液中硝酸根的红外吸收谱结果一致,表明硝酸盐溶液中每一硝酸根与附近水分子的作用效果等效为NO3-.1H2O。     

波浪在浅水区的变形及破碎

利用波作用的守恒原理分析了波浪及波浪谱在水流作用下的变形;讨论了由于波的存在引起的水流速度垂线分布的变化;研究了不规则波的破碎准则;提出了浅滩上波浪谱变形及破碎的新方法以及计算破后波的VOF方法;最后讨论了方向谱在水流中的变形问题.     

波浪谱在地形水流综合作用下的折射

根据波浪作用通量守恒原则,本文分析了波浪谱在水流与地形综合作用下的折射计算方法,提出了在平直海岸上受水流作用的折射计算程序WCINDS4.按与规则波计算结果的对比,给出了对比系数的诺谟图,可供实际工程应用.     

波面极大值处水质点水平加速度的统计分布

基于 L onguet- Higgins线性海浪模型 ,在二维情况下导出海浪波面极大值处水质点水平加速度分布律 ,其分布遵从正态分布。在分布中引入新的谱宽度参量 [(m2 m4 - m23 ) / m2 m4 ]12 。以Neumann谱为模式计算波面极大值处质点加速度分布。     

复杂海况下水下拖缆数值分析研究

为了解复杂海况下风浪对水下拖缆的影响进行了动力学仿真研究。以P-M谱作为海浪谱密度公式,计算一组不同频率的组成波,采用线性波浪叠加法,计算由波浪引起的空间流场速度及加速度,推导叠加波的干扰力,将不规则波引入水下拖缆动力学模型中,采用四阶龙格库塔积分法对动力学模型进行数值求解,讨论拖缆在不同海况下的动力特性。结果表明,随着海况等级的提高,叠加波的频率范围逐渐降低,拖缆的垂向偏移量以及拖点处张力均会产生明显增加及波动,且其波动周期接近叠加波的平均周期;在不同浪向角的作用下,拖缆波动规律与规则波作用下类似,但也具有一些不规则波的特点。     

基于多项式逼近的固定式平台响应谱理论研究

依据波浪力成因和作用效果的不同,将波浪力分为两部分(Morisson 波浪力和 Inundation波浪力)讨论.对于两种波浪力中的非线性拖曳力项,采用高次多项式逼近,结合高斯型统计量高阶矩计算原理、相关函数、变换法和单输入多输出系统的互谱关系,预测海流海浪联合作用下的海洋平台响应谱的理论形式,求得总波浪力谱以及平台响应谱.在Inundation模态力的相关函数推导过程中,考虑海流影响时,惯性力项与拖曳力项的相关函数总和为0,这一结果与不考虑海流影响时的结果相同.     

非均匀流中立管涡激振动模型预测分析

文中分析了非均匀流中,张紧式海洋立管的涡激振动,采用新的加速度耦合尾流振子模型作为预测细长海洋工程柔性结构的计算工具,将预测结果中的横向位移包络线及最大幅值与实验观测值、shear7软件计算值进行了对比,可以发现模型的计算结果与实验观测结果吻合得很好.     

随机载荷作用下平台结构疲劳寿命预测

海洋等工程结构物在服役过程中的受载历程是一个随机过程。研究裂纹在谱载荷作用下的扩展规律对可靠预报平台等结构物的疲劳寿命具有十分重要的意义。提出了一个由应力比和裂纹尖端约束及塑性区尺寸为主要参数计算裂纹张开比,来考查载荷相互作用下疲劳裂纹扩展寿命的计算模型。用该模型对几种谱载荷作用下疲劳实验结果进行了预测,将预测结果与不考虑裂纹闭合的线性损伤模型及疲劳计算程序FASTRAN的预测结果进行了比较,表明本模型能较好地预测谱载荷作用下的疲劳裂纹扩展。     

浅水导管架平台的抗地震分析

本文用SAP5程序对一座26米水深的导管架平台作了动力分析。为了探讨导管架的单元划分、土与桩共同作用等因素对自振特性的影响,近似将平台作为平面框架来计算、三种平面计算模型算得的频率相差不超过10％,谱响应分析所得结果也比较接近。空间计算模型分别进行自振特性、谱响应和历程响应的计算。按八度地震计算结果表明:平台桩顶的位移比较大,第一振型起主要作用;导管架在潮差段和海底泥面处的腿柱应力值及大部分斜杆应力值都很大。     

微尺度滑动平均方法计算海浪谱奇阶矩的公式

Glazman提出了一种计算海浪谱高阶谱矩的微尺度平均方法,但是,他利用随机过程理论导出的计算偶阶矩的公式和参照偶阶矩结论定义的奇阶矩计算公式之间存在着内在的不一致性.本文在Glazman工作的基础上根据随机过程理论推导了“微尺度平均方法”计算奇阶谱矩的公式,纠正了他的错误.上述结论随即应用于讨论破碎对波面水质点水平速度分布的影响.通过破碎的加速度判据考虑了破碎对速度分布的限制,给出了未破碎波面上水质点水平速度的的统计分布的初步结果.该分布取决于谱宽度参数及白浪覆盖率的大小,当白浪覆盖率较大时明显偏离正态分布.     

大型海洋资料浮标的运动性能研究

运动性能是浮标设计中的关键问题之一。文中对直径10 m的圆盘型海洋资料浮标的运动性能进行了数值模拟和试验研究。建立了浮标的有限元模型,采用势流理论进行计算分析,获得了浮标运动响应的传递函数。通过对数值计算结果与模型试验结果进行比较,验证了数值计算方法的有效性。在此基础上,结合我国南海海区海况资料,应用谱分析法对其在极限海况下的运动响应进行了短期预报。该研究结果对浮标前期设计具有参考意义。     

浅水海浪谱的初步研究

本文利用渤海、黄海、东海及南海浅水海浪的连续记录,基于谱形相似的原理和参量化方法,建立了以平均坡高、平均周期及相对深度为参量的浅水海浪谱模式.该模式的高频部分频率指数的大小取决于相对深度,不同于菲利普斯[1]负五次方结论.经部分实测资料检验证实,模式的计算结果与实测值是吻合的.     

自升式海上钻井平台结构的模态分析及地震反应的谱分析

本文对某自升式钻井平台结构进行了模态和地震反应分析。用等效桩腿的处理方法把平台结构简化为空间梁系有限元力学模型,采用我国《海上固定平台入级与建造规范》中规定的标准地震谱曲线.首先计算了平台结构前五阶固有频率和模态,然后用基于模态叠加法的谱分析法求出平台结构和桩腿各部位的最大位移和应力反应。最后给出了该平台结构在30m和50m水深海域、桩腿为插桩式和沉垫式两种固定型式下的计算结果和比较。     

波浪谱在任意水流条件下受地形及水流影响的折射

根据波能射线间波浪作用通量守恒的原则,基于波浪的线性叠加原理,本文分析了在水流、地形综合影响下波浪频谱的折射计算方法,同时就计及与不计及底摩擦损耗的情况进行了比较。计算表明,按谱分析得出的结果较按规则波方法可得出更符合实际海况的结果。     

张力腿式浮式风机耦合动力响应理论模型与数值实现

针对张力腿结构动力响应特点,提出一套张力腿式浮式风机动力耦合理论模型,编制计算程序,并通过与实验结果的对比,验证理论模型以及程序的适用性。张力腿式系泊系统稳定性好,但张力载荷随平台位移的变化显著;张力腿结构的动态响应与支撑平台和风机系统动态响应存在显著的耦合作用。针对张力腿浮式风机动力耦合特性,采用谱方法对张力腿结构建立耦合动力模型;考虑细长体在波浪中受到的粘性力,通过哈密顿原理推导出张力腿运动控制方程,利用自主开发的计算程序DARwind和数值计算方法求解系统动态响应。最后,将数值计算结果同UMAINE的试验数据进行对比分析,以验证程序的合理性。