仿生水听器设计、制造与测试

根据仿生鱼类侧线细胞纤毛原理,设计、制造并测试了一种新型双纤毛压阻水听器,用于检测水下声信号.与传统的压电水听器相比,这种水听器具有体积小和矢量性的优点.利用聚氨酯仿生细胞壁作为透声帽,利用硅油模拟细胞液和压阻微梁模拟感觉纤毛三层拾振结构,从而提高纤毛式水听器的可靠性.封装以后的纤毛式水听器采用振动台和矢量水听器校准系...     

机载超低频雷达探测海洋内波

机载超低频雷达探测海洋内波是海洋内波探测的新方法。海洋内波使海水电导率垂向分布发生扰动,当雷达发射的电磁波探测信号传播到内波扰动界面,电磁信号发生反射,部分反射信号再次穿透海面传播到空气中并被天线捕捉,雷达系统通过处理内波界面处的反射信号并抑制海面的反射信号实现对海洋内波的探测。根据麦克斯韦方程和海水的物理性质,推导出超低频电磁波在海水中的传播特性,研究海水温度、盐度变化对海水电导率的影响,根据KDV方程解和垂向特征函数解构造了海洋内波垂向结构,仿真了雷达接收到的海表面处、内波界面处的反射信号及其延迟时间,仿真结果表明,可以使用该方法探测海洋内波。     

胶州湾超低频水位谱的研究

本文研究周期大于9天的超低频振动，这类振动与水位长期变化密切相关。海洋水位长期变化是地球自转、气候变异和海洋水量平衡的重要指标，也是大尺度海气互相作用、气候过程、海洋动力学过程和海洋水文因子综合作用的结果。     

海面噪声场条件下声压与振速的空间互相关函数

介绍了海面噪声场条件下的声压与质点振速的时空相关函数。论证了海面噪声场垂直与水平方向噪声的各向异性程度。结果表明,在垂直于海平面的方向上,噪声场表现为各向异性;在与海面的水平方向上,噪声场表现为各向同性。结果表明,各向同性噪声场条件下基于矢量水听器被动检测的声纳系统目标水平方位角估计是基本可靠的,但垂直方位角的计算需要修正。     

基于多源信息融合的浅海超低频声源目标探测关键技术及实现

以多传感器信息融合理论为指导,结合现代信息处理技术与数据驱动建模及科学计算技术,研究浅海超低频声源目标激发共存地震波的复合声场中超低频声波传播特性和数据驱动建模的水下目标深度识别等关键技术,并论证了技术实现方案及路径。结果表明:以复合矢量水听器、地震波监测仪等多传感器信息融合理论为指导研究前海超低频声源目标可以克服传统声场建模存在的问题,有助于浅海超低频声源目标探测及改善海洋水下声学监测手段。在提高声呐探测设备的测量准确度、精度方面具有重要的理论意义,对周边海域为浅海的我国海防具有实战价值。     

极低频海洋噪声与风的相关性研究

风通过影响海洋表面从而产生200 Hz以上的深海环境噪声,但有研究指出,通过风生表面波之间的非线性相互作用产生的驻波,能够与海床共振构成海底微震,从而产生10 Hz以下的噪声。针对这一新型风生噪声机制,本研究对威克岛海域10 Hz以下的极低频噪声进行了分析。比较了不同频率下海洋环境噪声功率谱级与风速的相关性,并讨论了风速和风向对设立在威克岛南北部二组水听器三联体信号的影响,结果表明2 Hz处的海洋环境噪声级与风速相关性最好,而风速和风向变化越剧烈海洋环境极低频噪声与风速风向的相关性越好。     

热带太平洋月平均海平面低频变化的循环传播规律及其与埃尔尼诺的关系

本文对赤道东太平洋表层水温和热带太平洋月平均海平面变化进行了长时间序列分析,揭示了它们的准周期低频振荡特性,其中20°N～20°S区域月平均海平面低频变化的显着周期在43.5～50.0个月之间,与47.6个月的埃尔尼诺显着周期颇为接近;引入空间谱分析的概念与方法,分析阐明了热带太平洋月平均海平面低频变化遵从下列逆时针循环传播规律:东太平洋(墨西哥近海)→北赤道流区域→西赤道太平洋→北赤道逆流区域→东太平洋,该循环与埃尔尼诺循环过程存在密切的一一对应关系;根据上述分析结果,初步建立了依据典型区域月平均海平面变化预报埃尔尼诺的八元逐步回归模型,预报值与实测值序列的相关系数达0.89.     

西太平洋副热带高亚季节内振荡的基本模态及其与低频位势波的关系

基于NCEP/NCAR再分析资料,采用分层(500hPa、850hPa)与整层(4层)的EOF分解方法,提取出两个含有垂直结构的副热带高压(副高)的基本模态.分析表明,整层与分层EOF得到的模态有很好的一致性,这说明副高的确存在中下层一致的空间分布特征和时间变化规律;进一步引入小波能量谱讨论其周期特征,发现存在明显的20-30d和30-60d低频振荡现象;结合1995年的天气实况,诊断揭示出不同纬度上的低频位势波影响和制约副高活动的可能机理:副热带地区低频位势波影响和制约着副高主体20d左右的中期变动,而副高西端5-10d的短期过程则与热带和高纬地区低频位势波扰动能量在西太平洋地区聚集有关.     

南海次表层盐度的低频变化及与太平洋年代际振荡的关系

南海是西北太平洋最大的边缘海, 是联系北太平洋和北印度洋的关键通道。黑潮北上经过吕宋海峡时会将来自西太平洋的信号传入南海, 进而影响南海的水动力环境。研究了南海次表层盐度的空间分布特征、低频变化规律及其与太平洋年代际振荡(Pacific Decadal Oscillation, PDO)的关系, 并进一步探究了次表层盐度近年来的变化。结果显示: 1)南海次表层高盐水的位势密度主要介于24~26σ_θ, 受次表层气旋式环流所驱动, 盐度气候态空间分布北高南低, 以吕宋海峡处为起点, 呈逆时针自北向南逐渐降低。2)次表层盐度低频变化显著, 与PDO呈显著的正相关关系。当PDO处于正位相时, 吕宋海峡处西向平流输送加强, 次表层盐度升高; 当PDO处于负位相时, 吕宋海峡处西向平流输送减弱, 次表层盐度降低, 盐度的变化受到水平环流场的直接影响。3)近年来, 南海次表层盐度呈现先降低后升高再降低的趋势, 滞后PDO约10个月, 2006— 2014年初, 盐度呈下降趋势; 2014—2017年初, 盐度呈上升趋势, 且上升速率远大于先前下降的速率; 2017年后盐度再次逐渐降低。     

水下滑翔器耐压壳体的设计与优化

采用特征值屈曲分析方法对水下滑翔器耐压壳体的结构参数进行了分析,计算了结构参数在不同取值情况下壳体的临界失稳压力,在分析比较计算结果的基础上,确定了耐压壳结构参数的最优数值。计算结果表明,优化设计得到的壳体即能满足抗压稳定性和机械强度要求,又最大限度地减轻了壳体的重量,与最初的设计方案相比,壳体重量减轻了1.51 kg,同时也使壳体内部空间得到了加大,其中中间段内部空间直径扩大了8 mm。     

基于压强和深度的两种不同声速计算方法比较

首先描述了Del Grosso算法和C.C.Leroy算法计算海洋声速及其特点(貌似不通);然后利用美国国家海洋数据中心发布的WOA09数据,分别采用Del Grosso算法和C.C.Leroy算法计算西太平洋海域某点的海洋声速剖面,结果表明两种算法具有相同的个位数字精度。与Del Grosso算法相比,C.C.Leroy算法效率更高,不需要深度与压强的转换。     

浅海内波及声场起伏数值研究

为探讨声学方法监测(反演)海洋内波的可行性,分析ASIAEX2001亚洲海海洋声学实验定点温度链实验数据,结果表明：实验期间存在M2内潮波、周期10～30min非线性内波现象,并观测到双温跃层同相传播“双非线性内波”。分别对垂直和平行于内波传播方向传播声场进行了数值计算分析。垂直于内波传播方向的声传播计算结果表明：简正波波数时间演化函数的频谱与内波引起的声速剖面变化频谱基本一致;简正波系数(模值)时间演化函数的频谱与内波引起的声源位置处的声速演化函数的频谱基本一致;高阶简正波波数差随时间的变化要比低阶简正波波数差小约1个量级。平行于内波传播方向的声传播计算结果表明：内潮波主要导致相邻简正波间耦合;非线性内波包能够导致跨号甚至垮多号简正波间耦合。讨论了2种海洋内波声学监测方法。     

海洋声传播二维PE算法对海底边界条件的改进处理

运用海洋声传播二维 PE算法对不规则海底边界条件的处理 ,作者提出 1种改进方法 ,即利用抛物方程和界面边界条件 ,对界面附近的抛物方程的差分形式进行修正 ,以考虑复杂海底边界的影响。通过实际的数值计算表明 ,运用该方法计算声场 ,在提高计算精度方面起到有益的作用。     

声速剖面仪水下探头软硬件设计

简要阐述了直接测量式声速剖面仪的测量原理及水下机探头的体系结构;并进一步介绍了自容式和拖缆式两种结构的声速剖面仪的控制单元、模数转换、数据存储、数据提取、控制命令的响应和执行、系统状态的检查及设备的可靠性处理等模块的软硬件实现方法。     

松辽盆地南部海坨子油田特低渗透储层裂缝识别及预测模型

海坨子油田属于特低渗透裂缝性油藏,其开发实践表明:微裂缝为流体渗流的主要通道,能否准确描述储层中裂缝分布形态,直接关系到油藏开发效果。本文以钻井取心资料、成像测井资料及铸体薄片分析资料为基础,对海坨子油田储层中微裂缝的形成机理、形态及产状特征进行了研究,得到了裂缝描述的详细参数,并形成了一套适用于该类型油藏微裂缝系统描述及有效识别的方法。以此为基础,利用随机建模的方法,建立了海坨子油田海21-4试验区微裂缝的分布DFN模型,预测了裂缝的分布密度、分布方位及裂缝大小,为油藏数值模拟双重介质模型的建立提供了基础。     

深基坑开挖与支护的有限元模拟

采用弹塑性有限单元法对超大基坑的开挖与支护进行数值模拟,据此分析土体的位移、主应力分布、施工过程中支护结构受力,并比较基坑顶部水平位移的计算值与实测值,两者非常接近,计算结果较为理想,可为工程设计和现场施工提供理论参考和指导.     

Dynamic Analysis and Numerical Simulation of a Kind of Arrestor Arresting Buckle Propagation by FEM

For exact estimation of efficiency of a buckle arrestor,it is necessary to take the effect ofstructural inertia into account in the analysis of buckle propagation on elastic structures after meetingarrestors.Under this consideration,this paper deals with the dynamics of buckle arrest and its numerica1simulation on the basis of the beam system model used by Chater and Hutchinson(1983).The FEM com-bined with an improving arc-length control method is adopted to solve the dynamic equations describingthe arresting of buckle propagation. A new group of parameters for arrestor design which differs greatlyfrom that by the quasi-static analysis is obtained.The present results support the conclusion that the iner-tia of the beam cannot be neglected in such analysis.     

Finite Element Method for Design of Reinforced Concrete Offshore Platforms

A design method of reinforced concrete (R. C.) offshore platforms with nonlinear finite element analysis is proposed. According to the method, a computer program is developed. In this program nonlinear constitutive relationships and strength criteria of concrete and steel bars are included, and the progressive cracking and crushing of the concrete are taken into account. Based on the stress distribution obtained by the nonlinear finite element analysis, the amount of reinforcement in the control sections can be computed and adjusted automatically by the program to satisfy the requirement of the design. The amount of reinforcement required in the control sections, which are obtained with the nonlinear finite element analysis, is agreeable to that obtained in the experiment. This shows that the design method of R. C. offshore platform with the nonlinear finite element method proposed by the authors is reliable for practical use.