海洋立管涡激振动的流固耦合模拟计算

通过求解粘性Navier-Stokes方程、湍流模型,以及涡激振动的结构动力响应方程,实现流固耦合,运用动网格技术,在雷诺数3 125～16 250的较大范围内对立管低质量比、小阻尼的情况进行了单自由度和两自由度涡激振动的模拟计算。得到了立管升阻力系数、位移比和频率等随约化速度变化的规律,捕捉到"锁定"、"失谐"和"相位开关"等现象,并与经典的实验及模拟结果做对比,效果很好。然后对两种自由度的结果进行对比,表明在低质量情况下流向阻力引起的运动对振动的影响不能忽略。     

海洋测深波束角效应和波浪效应的耦合作用与改正

在波束角效应空间结构及波浪对测深的影响的基础上，提出海洋测深中波束角效应与波浪效应的耦合作用模型，并从理论上对耦合作用的空间结构及其数学描述进行论证，导出耦合作用改正模型。数值试验结果表明了该改正模型的正确性。     

完全非线性波浪与二维固定结构物作用的IGN-BEM耦合分析模型

为高效准确地对完全非线性波浪与二维固定结构物的相互作用进行模拟分析,建立了二维完全非线性时域耦合模型。耦合模型将计算域划分为靠近结构物的内域和远离结构物的外域,每个区域均采用满足完全非线性自由水面边界条件的波浪模型进行求解。在内域使用Laplace方程描述流体运动并采用高阶边界元法（BEM）对其进行求解;而在没有结构物的外域,波浪运动的控制方程为Irrotational Green-Naghdi（IGN）方程并采用有限元法（FEM）对其进行求解。内域和外域通过一段重叠区域进行耦合,从而实现模型间变量的传递。首先利用耦合模型分别对规则波的传播、直墙前立波的生成以及相关物理模型试验进行模拟,数值结果与精确解和试验结果的良好吻合验证了耦合模型耦合方式的合理性以及处理非线性问题的准确性;然后使用耦合模型模拟分析了波浪与固定结构物间的相互作用,并将结果与线性解析解以及完全非线性BEM模型的结果进行了对比分析,进一步证明了耦合模型的正确性与高效性。     

半潜式平台完全时域耦合运动分析

采用三维频域GREEN函数法计算浮体的水动力特性,并运用非线性有限元法对系泊缆索进行模拟,通过完全时域耦合方法求解整个系泊系统的时域控制方程,得到半潜式平台系统的运动响应和系泊缆索的张力变化情况,并对这些响应结果的波频和低频成分进行了分离,讨论了各频率响应成分对平台系统运动的贡献。     

单纯流作用下的系缆式剖面测量模型静水力分析与计算

文中介绍了系缆式剖面测量模型在波浪水槽实验室的试验情况,对试验中匹配的系泊模型系统进行了静力分析。通过对模型系统的单纯流作用下的静力计算结果与试验数据的对比,针对理论计算的有效性进行了讨论。     

考虑流固耦合时的海底管道悬跨段非线性动力分析

通过对管道的涡激振动试验,提出了考虑流固耦合的非线性涡激升力表达式,并用该式进行了海底管线悬跨段非线性动力响应时程分析。对考虑流固耦合与未考虑流固耦合情况下得到的管道动力响应时程进行对比,算例表明:当管外流场流速与管道顺流向振动速度值较接近时,不考虑流固耦合时的计算结果明显小于考虑流固耦合时的计算结果。分析认为,在管外流场流速与管道顺流向振动速度值较接近的情况下,管道的涡激振动计算宜采用非线性涡激力模型。     

新型浪潮流耦合海洋环境数值预报系统建设与业务化应用

项目建立了求解强非线性自由表面流的数学模型,并将其应用于研究波浪破碎与冲击、液体晃荡、波浪与新型港工结构及基床间的耦合作用等诸多强非线性复杂自由表面流动问题。主要包括以下研究内容:建立了     

地震与波浪联合作用下海洋平台动力特性分析

主要针对地震与波浪联合作用下空间导管架式海洋平台结构的动力响应特性进行研究。以春晓平台结构为例,利用ANSYS程序进行了动力响应的数值计算,分析中考虑了地震设防烈度、风浪条件及场地土类型等因素对结构响应的影响,并与地震单独作用下的结构响应进行了对比。分析结果表明,抗震设防烈度较低、中等及较大风浪条件下对海洋平台结构进行抗震分析时有必要考虑地震与波浪的联合作用。     

海洋混凝土结构环境作用等级与耐久性设计参数的中外规范对比

围绕海洋混凝土结构的环境作用等级划分和耐久性设计参数限值,对国内外现行的混凝土结构耐久性设计规范进行了系统对比分析。首先分析了国内外14个国家和地区的32部混凝土结构耐久性设计规范的技术特点,然后对比了不同规范对于海洋氯盐环境条件和环境作用等级划分的依据和差异性,进而从最低混凝土强度等级、最大水胶比、最小胶凝材料用量、最小保护层厚度、抗氯离子渗透性指标限值、最大初始氯离子含量和最大裂缝宽度等方面,系统对比分析了不同规范对于海洋混凝土结构耐久性设计参数限值的差异性,为海洋混凝土结构的耐久性设计提供了参考。     

考虑流固耦合时的海洋平台结构非线性动力分析

采用非线性的Morison方程,建立了考虑流固耦合时的海洋平台非线性动力方程及其时程分析方法.以一固定式导管架平台为算例,计算了考虑流固耦合时的海洋平台浪致振动响应,比较了考虑流固耦合和不考虑流固耦合时海洋平台动力响应的差异.算例表明：在较大的波浪条件下,不考虑流固耦合时的计算结果明显小于考虑流固耦合时的计算结果,因此,偏于不安全.分析认为,在极端海况条件下,考虑流固耦合的分析方法更符合实际情况.     

波浪与结构物作用分析的一种高阶边界元方法--自由项和柯西主值积分的直接数值计算

采用直接数值计算方法计算了势流问题高阶边界元方法中的自由项系数和柯西主值积分,建立了波浪与结构物作用的一种高阶边界元方法.通过算例研究了物体表面上固角系数的计算精度和不同网格剖分、不同阶高斯积分点对柯西主值积分的影响.对截断圆柱上的波浪作用力与解析解做了对比,发现本方法具有很高的计算精度,随网格的加密迅速收敛于解析解.