基于优化设计理论的高桩码头结构振动有限元模型修正

高桩码头是码头建筑物中应用最广泛的结构形式,利用高桩码头物理模型振动测试结果对码头结构有限元模型的修正进行研究。以结构特征灵敏度分析为基础进行了基于优化理论的有限元模型修正。修正后的有限元模型动力特性更趋近于实测值,同时为高桩码头结构的动力响应分析、损伤诊断和整体性评估提供基准。     

在开敞海域,淤泥底质建造板桩结构码头的实践与分析

本文主要以黄河海港建港的经验与实践,介绍板桩结构码头的设计特性和施工过程的技术措施,提供了在开敞海域下淤泥底质建港的实践经验和应用前景。     

基于遗传算法的简易平台的可靠性优化设计

本文以简易独腿平台为对象,探讨遗传算法在结构系统可靠性优化设计中的应用问题.文中介绍了遗传算法的理论基础及工作过程,并将计算结果与原设计结果进行比较,验证了利用遗传算法解决此类问题的有效性,及运用结构可靠性优化方法设计简易平台的合理性.     

橡胶坝导流堤对高桩码头后方流场影响分析

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。     

高桩码头大管桩桩帽力学性能的三维非线性有限元分析

在高桩码头中,采用新型的大直径预应力混凝土管桩(大管桩)代替目前广泛应用的小尺寸预应力混凝土方桩,将大大提高桩的抗弯能力和垂直承载能力,因此是一种很有发展前途的新型结构型式[1].但大管桩的采用提出了高桩码头设计与施工方面的许多新课题,由于桩承载能力的提高,桩形状以及上部结构形式的变化,导致桩帽的形式及受力特性也相应地发生变化,因而巫需了解这种新型结构桩帽的受力特性,以便据此确定配筋计算原则.     

高桩码头锈蚀破损面板残余承载力评估方法

高桩码头长期工作在具有腐蚀介质的潮湿环境中，因钢筋的锈蚀会使构件表面砼胀裂而破损，目前我国大部分的高桩码头进入了锈蚀破损的高峰期。通过研究指出：以往国内外用构件蚀破损表面积大小或顺筋裂缝大小的标准来确定维修方案的方法是不正确的。根据一般构件为等截面，而沿跨度分布的弯矩不均匀的事实，指出构件在控制断面以外的部位强度有富裕，允许钢筋适当的锈蚀仍能满足设计强度的新见解。提出了锈蚀破损面板的强度安全性评估准则、强度因子新概念及其具体计算式，可以量化评估犭蚀破损面板的残余承载力，为科学制定锈蚀破损面板的维修方案提供参考，在保证码头结构安全的同时，大大节省维修费用。     

新型码头结构在我国港口工程中的应用

对我国近年出现的几种新型码头结构的研究进行了综述和分析。其中,遮帘式板桩码头结构减小了作用于前板桩上的土压力,使板桩码头在大水深情况下得以应用;双排大管桩码头结构使大管桩较高的轴向承载力和抗弯强度得到充分发挥;架空直立式码头解决了内河大水位差情况下建造码头的难题;椭圆型沉箱的应用避免了采用2个圆沉箱产生前后不均匀沉降的技术难题。最后,对上述新型结构的应用进行了总结。     

板桩码头在黄河油港的实践

介绍了建筑黄河油港,采用板桩结构码头设计工艺和施工技术,码头建成投产至今,经历了百扯遇强台风考验,为在淤泥质开敞海底建设板桩码头取得了成功经验。     

基于多目标遗传算法的潮流能水轮机专用翼型优化设计

根据潮流能水轮机的工作条件与技术要求,开发新型潮流能水轮机叶片专用翼型。建立多目标优化模型,采用遗传算法进行寻优求解,得到最大相对厚度范围为12.6%～38.8%的五种新翼型,构成潮流能水轮机叶片专用翼型族系列。开发了水平轴潮流能水轮机设计软件,搭建潮流能水轮机叶片翼型数据库,通过在潮流能水轮机设计软件中调用叶片翼型数据,为潮流能水轮机叶片设计提供方便。     

Optimum design of Ocean bottom seismometers

Ocean bottom seismometers (OBS) have been widely used during the past decade to collect seismic data for determination of the structure of the oceanic lithosphere, stress patterns in regions of earthquake activity, and geoacoustic parameters of the ocean floor. Data quality from these experiments has often been disappointing because of poor signal quality and high noise levels. Many of these problems result from motion of the OBS package that is decoupled from motion of the ocean floor. These coupling problems are more serious in the ocean than on land because of the low shear strengths of most ocean sediments. In this paper we continue to develop the theory of coupling of OBSs to soft sediments and arrive at results suggesting that OBS packages should be designed with: (1) the minimum mass possible, (2) radius of area in contact with the sediment proportional to the cube root of the mass, and the maximum radius less than 1/4 of the shear wavelength, (3) density of the OBS approximately that of the sediment, (4) a low profile and a small vertical cross section with water, and (5) low density gradients, and maximum symmetry about the vertical axis. Agreement of the theory with test data is good; most deviations are reasonable, given limitations of the theory and experiments. The theory also suggests that the coupling frequency, the frequency above which the OBS does not follow the motion of the sediment, is directly proportional to the sediment shear velocity.     

半潜式钻井平台复合锚泊系统组分配比优化设计

从提高锚泊系统收放时效性入手,提出了一种半潜式钻井平台复合式锚泊系统组分配比优化设计方法,旨在尽可能降低复合式锚泊系统的钢链配比长度,提高收放效率。结合锚泊系统设计参数,制定优化设计准则,建立优化分析流程,采用ANSYS-AQWA建立锚泊定位半潜式平台水动力分析模型,获得平台运动参数和锚链动力参数,对平台漂移量、锚链最小安全系数、走锚临界张力、锚链最小卧底长度和起锚力进行无量纲指标分析,并综合考虑张力倾角与预张力对优化结果的影响,获得复合式锚泊系统钢链与钢缆的最优配比关系,确定最优钢链长度为395 m,较原钢链长度缩短225 m,钢链收放时间降低36%,进一步提高锚泊系统收放时效性,并降低平台可变荷载。     

Optimum design height of cofferdams

The cost of Cofferdams as a function of design height is described by a basic lot size model. The cost components include construction and flooding risk cost, the former increases while the latter decreases with design height. Using an exponential function for the expected number of floods, together with Poisson assumptions, an expression is derived for the probability of no flooding. From this expression a reliability chart is constructed that can be used to estimate the flooding risk for a given design height and period. By minimizing the cost objective function, a design chart is also presented giving optimum design height in terms of parameters such as: estimated daily flooding cost, construction cost per unit height, average flood duration, mean and variance of the hydrological data. Sensitivity of the solution to errors in estimating model parameters is discussed.     

波浪滑翔机水下牵引机结构设计与分析

为满足对远洋环境进行长时间、大范围监测的实际需求,设计提出一种波浪动力滑翔机,该设备是一种无需携带能源即可实现自主航行的新型海洋监测平台,其主体结构由水面母船、水下牵引机和柔性缆绳三大部分组成。平台通过即时获取海洋中的波浪能、太阳能、风能作为行走的动力源,克服了传统海洋监测设备在能源供应上存在的短板。为进一步提升水下牵引机对波浪能的利用率,采用Ansys软件中的Fluent模块对水下牵引机进行水动力仿真研究,分析了侧翼板形状、侧翼板工作最大摆动角度以及侧翼板安装分布间距对滑翔机总体行走效率的影响。结果表明:NACA翼型侧翼板具有更好的水动力性能;随着最大摆动角度的增加,水下牵引机的推进效率先增大后减小,最大摆角在20°左右时,推进效果最佳;随着侧翼板分布间距的增大,水下牵引机的推进效率逐渐减小,分布间距在80 mm左右时,推进效果最佳。     

高桩防撞墩动力大变形分析及防撞设计新方法

通过引入合理的船舶与防撞墩相互作用模型及桩基动力p-y曲线法,建立船舶撞击高桩防撞墩的动力学分析模型。通过分析撞击系统的动力响应及能量转移规律发现,撞击过程中水平变形性能较好的高桩通过水平大变形而吸收大部分撞击能量,此时高桩破坏以桩身最大弯矩作为控制标准;船首强度、混凝土防撞墩总质量及桩周土强度参数对撞击过程中桩身最大弯矩影响不大。传统水上结构防撞设计方法不再适于这类刚度较小结构的防撞设计,通过对比分析,提出了工程上适用的基于能量控制的防撞设计新方法。     

基于CFD模拟的单点系泊船型网箱浮架结构分析与设计

针对单点系泊(SPM)网箱系泊力大于传统网箱,离岸环境承受风浪时风险更高的问题,研究设计了一种相较传统圆形网箱拥有更小系泊力的船型网箱,运用正交原理制定了三因素三水平的试验方案,对网箱浮架进行了计算机数值模拟,分析网箱在波流共同作用下的水动力特性变化。研究表明,在兼顾经济成本与网箱安全性的条件下,长24 m,宽9 m,头部角度为60°的网箱浮架具有较优良的水动力性能和相对较低的养殖成本。该网箱系统能随着潮流改变方向而在锚点周围移动,从而极大减小网箱底部的养殖残渣堆积并降低锚固安装成本,可为我国深水网箱的发展提供一定的理论参考依据。     

低温柔性管道关键结构层的多目标优化设计

低温柔性管道是海上浮式液化天然气装置系统(FLNG)的核心输运装备。针对低温柔性管道多材料、多层复合的结构设计难点,将其按照不同功能解耦成内衬层、抗拉铠装层以及辅助层三个关键结构层。基于神经网络模型(RBF)、Kriging模型以及响应面模型(RSM)三种建模方法建立了上述三个结构层响应分析的代理模型,并通过模型准确度的比较,发现RBF的误差均最小。在优化设计中,基于遗传算法分别对低温柔性管道上述关键结构层进行多目标优化设计。在内衬层结构的优化中,以质量及弯曲刚度最小为优化目标;在抗拉铠装层结构的优化中,以质量最小及拉伸刚度最大为优化目标;在辅助层结构的优化中,以质量、弯曲刚度及传热速率最小为优化目标。研究工作为低温柔性管道的结构提供了关键设计参数及理性的设计方法。     

水下滑翔器整体外形设计及水动力性能分析

对水下滑翔器的整体外形设计与水动力性能进行研究。在Slocum等几种典型水下滑翔器样机的基础上,对滑翔器的主体和附体进行一体化设计,得到阻力最小的新型水下滑翔器构型设计。利用CFD方法对水下滑翔器进行模拟仿真,通过分析对比五种主体构型,得到了比较合理的主体线型,然后用正交设计方法和曲线拟合法对附体进行了优选工作,最后得到了性能更优的整体载体外形。模拟仿真实验表明,滑翔器在8°左右攻角航行时,具有最大的升阻比;和Slocum等经典样机相比,新的载体具有更好的水动力性能。通过上述研究工作,也可以缩短水下滑翔器研制周期,降低设计成本,并为水下滑翔器的更优设计提供了有力的技术指导和参考。     

Optimal Design of Equivalent Water Depth Truncated Mooring System Based on Baton Pattern Simulated Annealing Algorithm简

The highest similarity degree of static characteristics including both horizontal and vertical restoring force-displacement characteristics of total mooring system, as well as the tension-displacement characteristics of the representative single mooring line between the truncated and full depth system are obtained by annealing simulation algorithm for hybrid discrete variables （ASFHDV, in short）. A“baton” optimization approach is proposed by utilizing ASFHDV. After each baton of optimization, if a few dimensional variables reach the upper or lower limit, the boundary of certain dimensional variables shall be expanded. In consideration of the experimental requirements, the length of the upper mooring line should not be smaller than 8 m, and the diameter of the anchor chain on the bottom should be larger than 0.03 m. A 100000 t turret mooring FPSO in the water depth of 304 m, with the truncated water depth being 76 m, is taken as an example of equivalent water depth truncated mooring system optimal design and calculation, and is performed to obtain the conformation parameters of the truncated mooring system. The numerical results indicate that the present truncated mooring system design is successful and effective.     

基于STM32的浮标及其定日光伏控制系统设计

为了提高海洋浮标对太阳能的利用率而设计了一种定日光伏系统的控制方案,采用STM32嵌入式单片机作为控制核心,结合浮标的特制外形,其太阳能电池板能够始终向着太阳转动,最大限度地为浮标进行供电。所述的浮标特制外形由带有对称肋板的浮标体和透明保护罩组成,提高了浮标的抗变形能力,减弱了太阳能电池板转动引起的反转及左右摇摆趋势。该系统经试验及仿真分析,达到预期目标,运行稳定可靠,有良好的推广应用价值。