深海钢悬链立管触地点动力响应分析

研究深海钢悬链立管(SCR)在海洋环境载荷作用下的动力响应.利用非线性弹簧模拟立管与海床触地点的耦合模型,通过模态分析得到钢悬链立管的动力特性参数;时域动力响应分析获得不同工况下触地点及典型部位的位移、弯矩和应力时程.比较分析表明:浮体垂荡运动对触地点的应力状态影响较大,触地点附近存在钢悬链立管动力响应过程中的位移极值点和弯矩极值点.所提方法为触地点区域模拟分析提供了新思路,给出的分析结论对钢悬链立管设计有一定借鉴意义.     

深海采矿旁靠外输双船耦合动力响应分析

随着人口不断上升,人类对资源的需求与日俱增,对陆地资源的开采已经无法满足人类的需求,人们把目光转向了蕴藏丰富矿产资源、生物资源和能源动力资源的海洋。本文针对水深6 000 m海域矿藏开采,采矿船和运输船旁靠外输矿浆,研究双船系统的耦合动力响应。深海采矿船具有动力定位系统,通过系缆连接运输船实施矿浆外输。本文基于双船连接系缆、护舷及双船间隙设置阻尼盖,建立双船耦合动力学模型。考虑不同浪向对动力定位系统进行参数整定和动力定位系统推力优化,计算双船耦合时域运动响应。结果表明：外输过程双船间隙设置阻尼盖建立双船耦合模型是可行的,深海定位系统的参数整定以位移矢量最小和推力功率最小可以实现推力优化,采矿船动力定位系统可以有效控制双船运动,系缆和护舷强度满足要求。     

组合载荷作用下深海非粘结柔性管力学性能对比分析

建立深海非粘结柔性管新型力学数值分析模型,分析其在复合载荷工况下的力学性能。深海非粘结柔性立管是深水资源开发的关键设备,安装成本低,适用于恶劣深海环境。然而,由于非粘结柔性管本身的结构型式复杂以及层与层之间的摩擦、接触等诸多强非线性特性,使其局部力学性能分析面临众多挑战。研究针对非粘结柔性立管特殊的结构型式,建立一个高效的数值分析模型,对其刚度进行数值求解并与实验结果进行对比,探讨了内压和拉伸、扭转、弯曲的组合载荷工况和拉扭组合载荷工况对非粘结柔性立管刚度的影响。研究表明,本文所建立的简化模型计算结果与实验结果吻合较好。此外,柔性立管所受到的内压可以在一定程度上增加非粘结柔性立管的刚度;拉扭组合载荷工况使非粘结柔性立管的拉伸刚度降低明显,而使其扭转刚度少量增加,总体上较单一载荷工况更加危险。     

动力定位采矿船高海情下的运动响应分析

本文对具有动力定位深海采矿船高海情下的运动响应及运动特性开展研究。针对具有6个推进器构成的动力定位系统,考虑高海情及空载和满载两种典型工况,基于推力最小和运动最小条件,应用卡尔曼滤波器结合线性二次型最优控制理论的控制算法优化推力,进行动力定位系统的参数整定,实时优化调整推力的方向和大小,计算采矿船高海情下的运动和推力的时间历程响应和分析运动特性。经计算,得到了深海采矿船空载和满载工况在高海情下实施海上定位的浪向及需要的推力大小,确定了采矿船动力定位系统在高海情下的适应性,评估了高海情下深海采矿船的定位能力。     

考虑温度应力下深海输油立管动力特性及响应研究

考虑深海输油立管管内外温差产生的温度应力以及管内流体流动和管外海洋环境荷载的共同作用,建立了深海输油立管振动微分方程,采用有限元法对输油立管动力特性及动力响应进行求解,并将考虑温度应力及不考虑温度应力的立管动力特性及在波浪作用下的立管动力响应进行了对比。结果表明,对于动力特性,温度应力的存在会使得立管自振频率降低;对于动力响应,会使得波浪作用下动力响应幅值增强而频率略有降低,易引起立管的疲劳破坏。     

深海立管相互碰撞的响应面法研究

针对深海立管在理想环境和外部水环境中发生碰撞的情况,从立管碰撞最大径向位移和应力峰值两方面展开研究,充分利用ABAQUS仿真得到的数据,基于数值模拟和回归分析,提出四因素三水平的立管碰撞响应面分析方法。采用Design-Expert软件的BOX设计,对立管的非线性碰撞过程中的碰撞应力峰值和最大径向位移等两个试验指标进行回归分析并分别建立二次响应面回归模型。通过将响应面分析所得最优化解与有限元计算结果的对比,最终验证了响应面分析方法及所得模型的准确性。     

通载浮桥的水弹性响应分析

浮桥具有重要的军事用途，在民用上也已受到越来越广泛的重视。为了使浮桥的设计既安全又经济，就必须对浮桥的载荷和强度有一个比较精确的评估。浮桥载荷具有移动性，并可能同时遭受风、浪、流联合作用，浮桥在这些载荷联合作用下的动响应分析在理论上将是一个很具挑战性的问题。通过资料的收集和整理，对国内外相关研究的现状作了介绍，并指出了研究的主要方向。     

内孤立波与深海立管相互作用数值模拟

提出了一种对内孤立波与深海立管相互作用耦合数值模拟方法。流场采用内孤立波数值水槽方法进行模拟,结构响应采用基于薄壳理论的有限元方法进行计算,采用一种将流场和结构响应数据进行实时传输的方法,实现了流体与固体之间的耦合数值模拟。对内孤立波作用下某长径比为1 200的深海立管载荷及其动力响应特性进行了数值模拟与分析。结果表明内孤立波不仅会对深海立管产生突发性剪切载荷作用,而且还会使立管产生大幅度变形响应现象,因此在深海立管设计与应用中,内孤立波的影响是不可忽视的。研究表明,该方法为研究内孤立波作用下深海立管动力特性及其工程预报相关问题提供了一种有效的手段。     

非线性海床土深水缓波型立管动力响应分析

缓波立管的结构形式能够有效改善立管触地区的动力响应,达到保护立管触地区的目的。基于集中质量法和考虑土体弱化的非线性海床土模型,用等效浮力的方法将缓波立管浮力段简化,并在Orca Flex中建立传统钢悬链线立管和缓波立管的集中质量模型进行分析,考虑立管结构形式、浮力段长度和浮力段起始位置的影响,得到立管静态位形、触地点张力和弯矩、立管贯入深度以及触地点海床阻力等结果进行比较。结果表明:浮力段的配置会提高立管静态弯矩分布水平,但合理的缓波立管设计能有效改善立管触地区的动力响应,抑制海底沟槽的发展,达到保护立管触地区的目的。     

顶部浮体激励下钢悬链线立管的动力响应分析

考虑钢悬链线立管大变形的特性以及内流的影响,利用Kane方法和拉格朗日应变理论建立钢悬链线立管的二维动力学模型。将顶部浮体的激励简化为一个沿顺流向的周期作用力施加于立管顶部,采用平均加速度法求解立管的动力响应。探讨顶部浮体不同激励频率下立管的非线性动力响应以及内流流速的大小对管道共振响应幅值的影响。     

Dynamic Response Analysis of Risers Subjected to Combined Wave and Current Loading

A dynamic response analysis in the frequency domain is presented for risers subjected to combined wave and current loading. Considering the effects of current, a modified wave spectrum is adopted to compute the linearized drag force. An additional drag force convolution term is added to the linearized drag force spectrum, therefore the error is reduced which arises from the truncation of higher order terms in the drag force auto-correlation function. An expression of linearized drag force spectrum is given taking the relative velocity into account. It is found that the additional term is a fold convolution integral. In this paper dynamic responses of risers are investigated, while the influence of floater motion on risers is considered. The results demonstrate that the accuracy of the present method reaches the degree required in time domain analysis.     

Wave Loads and Protective Techniques of An On-Shore Wave Power Device

In this paper, the extreme wave loads on an on-shore wave power device are investigated. First, boundary element method is applied to solve the three dimensional potential problem based on the small amplitude wave assumption. Then the motion of the Oscillating Water Column (OWC) inside the device and its laods on the device are calculated in time domain. Several protective techniques often applied are simulated by changing the constraint of the upper end of the chamber of the device. Numerical results are used to judge the effectiveness of these techniques. The investigation shows that damping can not effectively restrain the motion of OWC when the period of incident wave is long, which may cause dangerous loads on the structure. The shut chamber can effectively restrain the motion of OWC, but alternatively cause high pressure in the chamber. A Contracting opening with a Taper (CT) can exhaust a great amount of kinetic energy of OWC, and significantly decrease the loads. It is a promising protective tec     

Analysis of Wave Loads on A Semi-Submersible Platform

For the global and structural fatigue strength analysis of a semi-submersible platform, wave loads under design conditions are calculated by use of the three-dimensional boundary element method. Methods for calculating the forward-speed free-surface Green function are discussed and a computer program with this Green function is developed. According to the special rules, the wave loads under several typical design conditions of the platform are calculated. The maximum vertical bending moment, torsion moment and horizontal split force are determined from a series of contour maps of wave loads for the wave period of 5 to 18 seconds at a certain interval and the wave phase of 0°to 360°at a certain interval. The wave height is determined by the function of wave period with a given exceedance probability. The maximum wave loads under the combination of wave parameters are used as the input of hydrodynamic pressure in the three-dimensional finite element analysis process. The transfer functions of wave loads     

当前海洋波浪测量的技术特点和实测分析

全面地比较和总结了当前包括压力式测波、声学式测波、浮标式测波和遥测式测波在内的几种主要的海洋波浪测量方法的技术特点;对相应类型的典型代表型号的仪器主要技术指标进行了对比;对不同类型测量方法及其对应的仪器的具体适用环境给出了分析和建议。实际结合了ADCP,AWAC,Wave Duo测波浮球等几种海洋波浪测量仪器于2014年12月在江苏省南通市近海相近区域的同步实测数据,对这几种仪器的海洋波浪测量的响应和过程特征进行了对比和分析,这对相关的海洋波浪测量技术和对应的测波仪器设备特点也是一个很好的验证。     

Computation of Wave, Tide and Wind Current for the South China Sea Under Tropical Cyclones

Based on the third-generation oceanic wave prediction model (WAVEWATCH Ⅲ) ,the third-generation nearshore wave calculation model (SWAN) and the mathematical tide, tidal current and cyclone current model, which have been improved, interconnected and expanded, a coupled model of offshore wave, tide and sea current under tropical cyclone surges in the South China Sea has been established. The coupled model is driven by the tropical cyclone field containing the background wind field. In order to test the hindcasting effect of the mathematical model, a comparison has been made between the calculated results and the observational results of waves of 15 cyclone cases, water levels and current velocities of the of 7 cyclones. The results of verification indicate that the calculated and observed results are basically identical.     

海洋环境荷载下输液立管的静、动力特性研究

考虑管内流动流体和管外海洋环境荷载共同作用 ,建立海洋立管侧向运动微分方程。用Hermite插值函数离散 ,在微机上编写海洋立管静、动力分析程序 ,通过计算分析研究管内流体对立管侧向变形和应力的作用 ;另外 ,探讨管内流体的流动速度和立管顶端的预张力对立管动力特性的影响。结果表明 ,立管变形和应力均随管内流体流动速度增加而增大 ,同时内流速度的增大会降低立管的固有频率 ,但适当增大立管顶端预张力会抵消内流流速增加引起的固有频率下降。     

海洋背景磁场模拟计算及东中国海表层磁场分布

海洋中海水的运动会切割地球磁场,生成微弱的电场,进而在海洋内部和周围空间激发感生电磁场,即约为地球磁场一万至十万分之一的微弱海洋背景磁场.文中针对海洋背景磁场的生成机制及近几十年来对海洋背景磁场的理论研究,结合世界磁场模型WMM2005,模拟计算了三种典型的海洋运动--海浪、海流、内波所产生的感应磁场,建立了海洋背景磁场的数值计算模型,并在此基础上设计开发了海洋背景磁场的模拟计算软件.最后用卫星多传感器资料驱动普林斯顿海洋动力学模式,得到的东中国海2005年海洋表层环流数据,模拟计算了东中国海海表层磁场分布,对其磁场变化与分布规律作了简要分析.     

考虑内流作用的缓波形立管非线性静动力分析

考虑内流的作用,研究缓波形立管在海洋环境荷载作用下的非线性静动力力学性能。采用细长柔性杆理论,建立缓波形立管运动方程,利用有限元法进行离散,运用Newton-Raphson法和Newmark-β法分别对立管进行静动力分析,编制缓波形立管计算分析程序LWRNM,研究缓波形立管在海流、内流、浮体漂移与运动作用下的结构响应。结果表明:随着海流从x负向变成x正向和流速的增大,缓波形立管线形变缓,有效张力增大,弯曲曲率的极值减小;随着内流流速的增加,缓波形立管的固有频率下降;随着顶部浮体从近端向远端漂移,缓波形立管的有效张力增大,弯曲曲率的极值减小;纵荡和垂荡作用下,缓波形立管的顶部有效张力变化周期与浮体激励周期相同,横荡作用下,顶部有效张力变化周期为浮体激励周期的二分之一,垂荡作用下,缓波形立管顶部有效张力变化幅值最大,纵荡作用下次之,横荡作用下最小。     

港口潮汐潮流及海浪高分辨率数值模拟

利用约束型Delaunay地形网格构造技术,以及潮汐、潮流、波浪数值计算和网格嵌套技术,融合高分辨率的地形数据,对港口海洋潮汐、潮流、波浪进行高分辨率数值模拟和仿真,并以我国近海某港口为例,对预测预报结果进行了分析、对比,取得了理想的效果.     

深海多金属硫化物采矿研究进展及其前景探讨

随着陆地金属矿产资源的日渐枯竭,深海多金属硫化物逐渐成为海洋矿产资源勘探的新趋势。文章介绍了全球主要海底多金属硫化物矿床的成因及分布特点,阐述了多个国际矿业公司和国际海洋组织对西南太平洋、大西洋和印度洋海底块状多金属硫化物勘探活动的最新进展。从海底多金属硫化物的金属品质、深海采矿的法律政策和环境保护等方面对海底多金属硫化物的开发前景进行探讨,并提出积极投身国际海底资源开发规章制定,进一步细化国内法律制度,为深海采矿提供良好的法律制度环境;提升深海治理能力,增强我国在深海领域的话语权;完善深海技术装备体系,提高深海开发创新能力等建议。