海洋环境要素计算不确定性分析

海洋环境要素(如风、浪、流、周期等)极值参数的准确推算在海洋工程设计中具有重要意义。由于极值计算时存在的不确定性因素,导致不同模式、样本的组合会导致极值计算结果产生明显差异。使用南海长期波浪资料,对环境要素计算时存在的统计模型不确定性、取样不确定性和参数求解方法的不确定性等进行了系统的研究和比较,最终对极值理论总体不确定性进行了分析。结果表明,采用复合极值分布并扩大样本数量的方法,可有效减小极值预测的不确定性及海洋结构物设计阶段的风险。     

中国东南沿海区域台风数值模拟与危险性分析

通过网格定点法对我国东南沿海区域性台风危险性进行了分析。利用对各网格点有影响的历史台风数据,建立了各网格点的台风关键参数的最优概率模型。利用Monte-Carlo方法产生每个网格点1000年间的虚拟台风事件。采用YanMeng(YM)风场模型模拟了100个历史台风的最大风速,通过使这些最大风速与观测的最大风速误差和最小,建立了一组新的计算最大风半径Rmax和Holland气压参数B的公式,结果表明新的台风参数计算方案效果良好。利用新的参数计算方案、YM风场模型、特定地点的台风衰减模型以及合适的极值分布模型,预测了各个网格点不同重现期的极值风速,进而绘制了台风多发区域的设计风速图。最后研究了不同B模型、Rmax模型和极值分布模型对预测的极值风速的影响。可以为结构抗风设计和台风防灾减灾提供新的参考。     

广东沿海的极值风速概率分布研究

简要论述了当前广泛使用的极值理论和极值分布理论3个概率分布模型——标准耿贝尔(SG)分布、广义极值(GEV)分布和广义帕累托分布(GPD).应用模型推算广东沿海9个站点的极值风速,对比分析结果表明:(1)3个模型都是推算极值风速的合适模型,但GPD模型可更充分地利用实际观测站点数据,风速拟合的PPCC和RMSE指标确定GPD是更优的概率模型; (2)选取的超阚值风速样本服从GPD-Ⅱ型分布,偏向于给出比SG模型和GEV模型更大的极值风速估计值; (3)从工程安全考虑,尤其在观测数据较少情况下推算工程设计风速可优先选用GPD模型.     

湛江周边区域台风风速的长期极值预测

对湛江附近海域1974年至2006年33年的热带气旋过程观测资料进行统计分析.考虑到热带气旋发生频次的影响,建立Poisson-Weibull复合极值分布,对影响湛江地区的台风风速进行长期极值预测,推算出湛江周边区域的多年一遇设计风速,并与传统设计方法进行比较.计算结果表明,复合极值统计模式计算结果较稳定,该方法适用于受热带气旋影响区域的极值风速的长期统计分析.     

基于EMD-LSTM模型半潜平台运动极短期预报

半潜平台在复杂海洋环境作用下,会发生不规则的六自由度运动响应。这种平台运动的不规则性和随机性对平台作业、栈桥控制以及直升机起落等造成极大的不确定和未知风险。因此,在极短期内准确快速预报平台运动响应对深海浮式平台作业和设备安全具有重要的实际意义。然而目前针对浮式平台运动响应的计算主要是基于势流理论,对确定波浪激励下的平台一阶运动和二阶慢漂运动进行求解,计算的时效性不能满足实际需求。此外,还需要对入射波浪时历进行准确预报,导致平台运动响应准确计算更加困难。针对上述难题,提出了基于EMD-LSTM模型进行平台运动极短期预报的方法。该方法以半潜平台模型试验数据为研究对象,首先对平台运动响应的时间序列进行预处理,接着采用经验模态分解算法(EMD)将时间序列分解成相对平稳的分量,再利用长短期记忆(LSTM)神经网络可以处理复杂非线性长时间序列的优点,对时间序列进行训练预测,最后进行仿真,同时与传统LSTM模型与EMD-BP模型进行对比,仿真结果表明基于EMD-LSTM模型的平台极短期预报方法精度较高,该方法是可行的,具有工程应用的实际意义。     

FSRU码头系泊模型实验与数值模拟研究

FSRU在恶劣环境条件下的作业和安全停靠性能与系泊缆张力、靠垫挤压应力、船体6自由度运动等参数有关。针对FSRU码头处海洋环境条件,进行FSRU不同装载状况的模型实验,获得FSRU的6自由度运动及其系泊载荷的动力特性。基于三维辐射和绕射理论,使用Sesam软件进行频域计算,以此为基础在相应海洋环境条件下进行时域耦合分析,获得FSRU 6自由度运动、系泊载荷、靠垫应力等参数的响应时历。结果表明:30%装载、横浪条件下FSRU的运动响应最大,系泊缆张力未达到破断值,靠垫压力超过其压缩60%时的载荷;模型实验对FSRU运动响应和系泊缆张力的预测结果可信,靠垫受力情况需要数值仿真进行辅助研究。     

不同海况下浮式石油平台支墩动态力学分析与结构优化

浮式石油平台作为一种海上石油生产基地,在海上服役过程中,受到各种恶劣多变的海况影响,易导致模块支墩结构发生失效破坏,使上部模块存在整体倾覆的风险。因此,本文以我国浮式石油平台作业较多的南海海域为例,开展在不同海况下浮式石油平台模块支墩动态力学分析与试验研究。通过有限元仿真软件建立上部模块三维模型,开展支墩结构动态力学分析,根据仿真云图找到了支墩危险部位,并用六自由度平台模拟多种海况进行模型试验,验证仿真的正确性。在此基础上对模块支墩进行安全校核和结构优化。试验与仿真结果表明：支墩危险部位为筋板、肘板处,通过加厚、倒角可有效减小危险部位的应力集中及最大应力值,文中提出的六自由度平台模拟海况的试验方法可用于单模块模型的动态力学分析,研究结果为浮式石油平台上部模块支墩的力学分析和设计建造提供参考。     

设计波高推算的一种新模型

考虑台风影响海域的设计波高,结合复合极值理论和最大熵原则,构造了1种新型的具有4个待定参量和1个台风频次参量的poisson-最大熵分布函数模型,并推导出求解参数的方程组,参数的数值解可通过年极值实测数据的期望、方差、偏度和峰度得到.以黄海某观测站26 a极值波高的实测数据为例计算了新模型中4个待定参量和多年一遇设计波高,并与传统常用计算方法得到的结果进行比较.比较表明,新模型相比传统方法具有一定的优势.     

深水钢悬链立管疲劳寿命评估分析

在时域内分析深水钢悬链立管在平台运动和波流载荷共同作用下的非线性动力响应;采用雨流计数法处理立管节点应力的时间历程,选用DoE.E型S-N曲线分析立管在单一海况和平台运动联合作用下的疲劳损伤;将各方向含概率分布的疲劳损伤进行叠加,得到立管整体的全方向疲劳损伤及疲劳寿命。平台的运动为六自由度的运动预报数据,波流载荷由某海域实际的波浪统计数据采用Morison公式计算所得。计算结果表明钢悬链立管疲劳寿命的极值点分别位于悬挂点附近和触地点附近,对立管疲劳寿命极值点各方向疲劳损伤分布情况进行了分析。所提方法为钢悬链立管疲劳分析提供了新思路,给出的结论对钢悬链立管设计分析有一定借鉴意义。     

波高与风速联合概率分布研究

基于copula函数论述了两变量的联合概率分布方法.此方法的主要优点是边缘分布可由不同的分布函数构成,变量间可具相关性.以粤东汕尾海域极值波高与相应风速为研究实例,经分析获得以下结果:(1)优选的极值波高和风速可分别由P-Ⅲ型和GEV 分布表示:(2)拟合优度检验指标表明二者的最优连接函数为Archimedean co...     

基于统计分析的半潜式平台气隙预报方法研究

以浮式半潜平台为研究对象,针对影响气隙结果的波浪非线性效应进行研究分析。通过分析平台气隙响应特性,确保平台在极端海况下的安全性。首先通过数值计算与模型试验,对一座浮式半潜平台在极端海况下的气隙响应进行计算与测量;进一步对平台附近18个典型位置的波面升高响应进行统计分析与概率分布拟合处理;最终求得反映各处波浪非线性强度的非线性因子∂值,并与OTG-13规范中的建议值对比讨论。结果发现∂的计算值与建议值并不完全一致,由于波浪受平台运动及平台结构扰动影响,平台下浮体附近处波浪非线性效应较强,计算值较建议值大,需要重点考虑分析。相应地,距离平台结构较远位置处的计算结果与建议值一致。     

台风诱发暴潮极端潮位的预测方法

以杭州湾为例,根据水文站历史潮位资料,采用改进的灰色马尔可夫预测模型对台风诱发暴潮的极端潮位进行预测.同时采用复合极值分布理论对可能出现的极端潮位进行概率预测,使预测结果更为接近真实数值.     

Disaster prevention design criteria for the estuarine cities:New Orleans and Shanghai The lesson from Hurricane Katrina

1Introduction IntheendofAugust2005,HurricaneKatrina assaultedAtlanticcoastandcoastofGulfofMexico coastswithamaximumwindspeedof175m/h,a bout1200peoplewerekilledinthecatastrophic storm,NewOrleanswasseriouslydamagedbythe turbulenthurricanewindandtheassociate…     

Disaster prevention design criteria for the estuarine cities: New Orleans and Shanghai The lesson from Hurricane Katrina

The accurate prediction of the typhoon （hurricane） induced extreme sea environments is very important for the coastal structure design in areas influenced by typhoon （hurricane）. In 2005 Hurricane Katrina brought a severe catastrophe in New Orleans by combined effects of hurricane induced extreme sea environments and upper flood of the Mississippi River. Like the New Orleans City, Shanghai is located at the estuarine area of the Changjiang River and the combined effect of typhoon induced extreme sea en- vironments, flood peak runoff from the Changjiang River coupled with the spring tide is the dominate factor for disaster prevention design criteria. The Poisson-nested logistic trivariate compound extreme value distribution （PNLTCEYD） is a new type of joint probability model which is proposed by compounding a discrete distribution （typhoon occurring frequency） into a continuous multivariate joint distribution （ typhoon induced extreme events）. The new model gives more reasonable predicted results for New Orleans and Shanghai disaster prevention design criteria.     

长期极值统计理论及其在海洋环境参数统计分析中的应用

海洋环境极值参数(如风速、流速、波高、周期等)在海洋工程设计中具有重要意义。利用次序统计和极值理论方面的较新研究成果，从理论上证明了多种统计分布中Weibull分布是最优的，使长期极值统计建立在一个更坚实的基础上；同时引入基于序列统计的最大似然估计方法。利用大量数据．对最小二乘估计方法和最大似然估计法进行对比分析，指出最大似然估计法是精确估计．而最小二乘估计方法是保守估计。     

海洋平台浮托安装中横荡护舷限位和缓冲性能分析

浮托安装法,是相对于传统吊装法的一种新型海洋平台安装方法,具有起重能力大、作业周期短、安装费用低、适用范围广、操作安全方便等优点,解决了海上大型平台组块的安装问题。为了研究横荡护舷对浮托安装的影响,首先对海洋平台浮托安装中的护舷装置进行了介绍,然后针对某工程实例应用AQWA软件进行了数值模拟,并进行了模型验证。从时域方面对就位状态下的浮托模型进行了耦合动力分析,研究了横荡护舷参数对驳船运动和撞击力的影响规律。研究表明,横荡护舷可以有效地减小驳船运动和撞击力,其限位和缓冲作用与护舷尺寸及护舷刚度均有关。研究结果可为实际浮托安装工程提供重要的参考。     

Determination of water level design for an estuarine city

Based on the extreme value theory, self-affinity, and scale invariance, we studied the temporal and spatial relationship and the variation of water level and established a model of Gumbel-Pareto distribution for designed flood calculation. The model includes the previous extreme value models, the over-threshold data, and the fractal features shared by previous extreme value models. The model was simplified into a logarithmic normal distribution and a Pareto distribution for specific parameter values, and was used to calculate the designed flood values for the Shanghai Wusong Station in 100- and 1 000-year return periods. The calculated results show that the value of the designed flood height calculated in the Gumbel-Pareto distribution is between those in the Gumbel and Pearson-Ⅲ distributions. The designed flood values in the 100- and 1 000-year return periods of the model were 0.03% and 0.11% lower, respectively, than the Gumbel distribution and 0.06% and 1.54% higher, respectively, than the Pearson-Ⅲ distribution. Compared to the traditional model based solely on extreme probability, the Gumbel-Pareto distribution model could better describe the probabilistic characteristics of extreme marine elements and better use the data.     

风暴增水随机分析的过阈法及其统计计算模式

以青岛大港观测站 32年增水过程为例 ,探讨风暴增水工程设计参数的频率分析法 ,进行了不同阈值序列及各种理论线型的分布拟合。首次提出 Poisson- Pearson- III型分布模式 ,并将其用于工程计算 :对比分析 POT法与年极值法的计算结果 ;给出青岛大港站风暴增水多年一遇设计值 ,为进一步科学地确定海岸防潮工程设计水位奠定了基础。     

八角形FPSO与穿梭油轮串靠外输中碰撞风险分析

针对300 m作业水深下的八角形FPSO,提出采用穿梭油轮串靠的外输作业方案,研究外输过程中穿梭油轮与FPSO之间由于过分纵荡运动而引起的碰撞风险发生概率。建立由八角形FPSO及其系泊系统、穿梭油轮、系泊大缆等组成的浮式多体系统分析模型,在外输海况条件下,得到穿梭油轮与FPSO间距的时历曲线,结合极值理论,对过分纵荡运动进行预报,进而对外输系统的碰撞风险进行分析;揭示海流的方向变化对于外输系统碰撞风险的影响规律。