水中悬浮隧道锚索参数振动分析和控制

为了进一步研究水中悬浮隧道锚索的参数振动以及振动控制,考虑到流的影响,建立水中悬浮隧道锚索的非线性振动模型,并利用数值方法推导求解了锚索的非线性振动方程,同时采用一种被动质量阻尼器进行振动控制。研究结果表明:锚索的参数振动与锚索的初张力、参数激励幅值、频率比有关,并具有明显的非线性特征;流的作用会对锚索的参数振动幅值产生一定影响,但流的作用不会改变锚索的共振规律;对锚索参数振动提出的振动控制装置,计算结果表明具有良好的减振效果。     

水下悬浮隧道结构分析研究进展

长期以来,如何快速跨越广袤的水域一直是世人关注的焦点.在最近几十年里,一种新的跨越海峡、大江、湖泊、水道的交通结构物-水下悬浮隧道吸引了世人的目光.水下悬浮隧道的研究历史虽然短暂,但由于该种结构的新颖性与其独有的优越性与应用潜力,使得世界各国的学者专家为此进行了很多有价值的工作.首先概述水下悬浮隧道的概念、优点及需要研究和解决的关键问题;随后从水下悬浮隧道的隧道管体结构、隧道锚固系统、作用荷载以及锚固基础等几个方面的结构简化模型综述了水下悬浮隧道结构分析的研究现状;最后对水下悬浮隧道的发展方向进行了总结和分析.     

波流作用下悬浮隧道运动响应纵向截断模型试验研究

利用波流水槽构建悬浮隧道纵向截断模型试验,分析了水流及波浪作用对悬浮隧道运动响应的影响,获得了管体结构的垂向及横向运动响应特性。研究结果表明:水流流速较小时,模型振幅随约化流速Vr增大而增大,而在约化流速为5.8附近,管体振幅达到最大并在这一临界值之后形成较为稳定的振幅值,产生明显的结构共振和涡激振动“锁定”现象。振幅稳定后垂向幅值约为管径的2倍,横向幅值与管径相当。对于波浪单独作用,在波浪较弱时,横向幅值与垂向几乎相等,随着特征KC_n数的增大,响应振幅先增后减。在特征KC_n数小于0.51范围内,垂向振幅大于横向振幅,其余范围则相反。垂向振幅和横向振幅分别在特征KC_n数为0.42和0.55时达到峰值,且两个方向的最大振幅值均与管体的管径相当。相对响应频率随着特征KC_n数的增大而减少,且垂向大于横向。     

理想流体层中悬浮隧道管体动水荷载研究-P波

针对理想流体层中的悬浮隧道管体及锚索体系,借助波动方程理论对平面P-波作用下的悬浮隧道,通过引入其管体只在竖直方面上运动和产生刚体位移而不发生变形以及只考虑海水和管体质量产生的动力效应等假定,同时考虑管体上下部海水和锚索刚度及间距的影响,导出了在理想流体层中悬浮隧道管体受到的动水荷载的计算方程组和边界条件。结合一座典型的悬浮隧道,通过参数研究,分析了上部海水厚度h,P-波频率值ω,入射角度α,锚索刚度K_c和锚索间距L对动水荷载值的影响,结果表明:上部海水的存在有利于减小动水荷载值,P波频率值与海水频率一致时将产生共振,入射角度的增大会大幅减小动水荷载值,较小的锚索刚度和较大的锚索间距也会减小动水荷载值。     

悬浮平台式激光水准仪的设计与实现

针对目前传统光学水准仪的i角不稳定对测量结果造成的影响,在研究和分析了水准仪误差源的基础上,根据液体自由表面在重力场作用下始终保持水平的原理,开发了悬浮平台激光水准仪。该仪器无论向哪个方向倾斜,都能保持测量光束水平,提高了水准仪的稳定性和测量精度。     

水下系泊监测平台非线性振动稳定性分析

针对水下系泊监测平台在水流涡激作用下的稳定性问题,考虑了浮体在振动过程中的变形,建立了其流固耦合的非线性动力学方程,利用谐波平衡法进行了非线性特性定性分析,Melnikov方法进行稳定性判据研究及影响因素分析,以系统出现混沌状态为稳定性控制条件,重点研究了系泊缆支撑间距对稳定性的影响,并计算出支撑间距的临界值。结果表明,系统稳定性随支撑间距增加而降低,当支撑间距超过临界值后,稍微增加都可能导致系泊监测平台振动偏离振动轨道而造成局部失稳甚至结构破坏。为保证监测平台的稳定性,应增加支撑数量,且支撑的间距不能超过系统发生失稳的临界值。     

水下滑翔器定常直线滑翔运动稳定性分析

对水下滑翔器定常直线滑翔运动的稳定性问题进行研究.以定常直线滑翔运动时的纵倾角为考察对象,利用自由扰动运动方程特征根的方法对研制的滑翔器的运动稳定性进行了分析判断.在此基础上,考察了在小扰动作用下纵倾角扰动量的时间响应特性.研究结果表明,研制的水下滑翔器在做定常直线滑翔运动时,具有运动稳定性,而且具有方向稳定性.     

现代黄河水下三角洲软土稳定性定量分析

由于黄河三角洲特殊的地质地貌及水动力特征,而在本区形成一种工程地交差的软土沉积,总观其自然环境,影响其稳定性的动力因素主要是地震和波浪。根据极限平衡理论,线性波动理论等,计算了地震设计烈度７度和８度地震作用时及５０年一遇的波浪作用时分别在软土土层中不同深度处产生的地震剪应力和波浪剪应力,与其相应软土层的不排水强度相比较可判断,本区软土在５０年一遇波浪和７度、８度地震作用时能滑动破坏。     

直立式水下驻留平台座底稳定性分析

建立了适用于大攻角状态的水下平台六自由度数学模型,使用四元数替代欧拉角描述平台姿态,以消除某些特殊情况下因平台姿态变化或个别欧拉角不确定性导致的运动方程奇异现象。 基于弹性力学相关理论建立符合海底真实物理特性的弹塑性数值模型,将座底平台-海底间交互作用与平台空间运动模型相结合,预报直立式平台座底驻留后对海流作用的运动响应,分析平台座底稳定性,为后续设计提供参考。     

梦想隧道:横贯大西洋

如今,每年有600万乘客,坐车3小时,通过英法海底隧道,穿梭于巴黎和伦敦之间,几十年前,大家认为这是不可能的。早在1895年,伟大的科幻作家凡尔纳就预言过,由蒸汽驱动巨型风扇的火车,以时速1600千米穿隧道;1972年,科幻小说作家哈里森也构想过横渡大西洋隧道。如果大西洋海底隧道完成,将能大大地改变我们穿梭各地的习惯,任何人都可以相当方便的在大西洋一边居住,在另外一边工作。     

Parametric vibration of submerged floating tunnel tether under random excitation

For the study of the parametric vibration response of submerged floating tunnel tether under random excitation,a nonlinear random parametric vibration equation of coupled tether and tube of submerged floating tunnel is set up.Subsequently,vibration response of tether in the tether-tube system is analyzed by Monte Carlo method.It may be concluded that when the tube is subjected to zero-mean Gaussian white noise random excitation,the displacement and velocity root mean square responses of tether reach the peak if the circular frequency of tube doubles that of tether;the displacement and velocity root mean square responses of tether increase as the random excitation root mean square increases;owing to the damping force of water,the displacement and velocity root mean square responses of tether decrease rapidly compared with tether in air;increasing the damping of the tether or tube reduces the displacement and velocity root mean square responses of tether;the large-amplitude vibration of tether may be avoided by locating dampers on the tether or tube.     

Seismic response of submerged floating tunnel tether

A mathematical equation for vibration of submerged floating tunnel tether under the effects of earthquake and parametric excitation is presented.Multi-step Galerkin method is used to simplify this equation and the fourth-order Runge-Kuta integration method is used for numerical analysis.Finally,vibration response of submerged floating tunnel tether subjected to earthquake and parametric excitation is analyzed in a few numerical examples.The results show that the vibration response of tether varies with the seismic wave type;the steady maximum mid-span displacement of tether subjected to seismic wave keeps constant when parametric resonance takes place;the transient maximum mid-span displacement of tether is related to the peak value of input seismic wave acceleration.     

气浮结构相似性分析

提出了有关气浮结构的环境压力相似判据问题,指出了在模型试验时要达到完全相似的困难。计算结果表明,对尺度比为0．1的模型,若不考虑环境压力的相似,恢复力矩的误差可接近50％。根据4筒和25筒气浮结构的计算结果,给出了将实验结果转换到原型的修正方法。     

岛礁附近浮式平台运动响应特性数值分析

利用基于开源平台Open FOAM自主开发的船舶与海洋工程水动力性能求解器naoe-FOAM-SJTU,数值模拟了近岛礁环境下规则波的演化特性以及带有系泊系统的浮式平台在相应波浪作用下的水动力性能。对于平台的水动力性能的研究发现,仿真结果与试验结果在平台自由衰减运动固有周期及RAO(response amplitude operator)方面吻合良好。对于波浪在近岛礁地形下的演化现象的研究,分析了波浪演化不对称性特性的成因,并分别给出了不同参数下波浪在地形上爬升时演化的具体特性,对于波高变化及波浪演化的频率成分进行量化的探究。研究发现,波浪周期越大,波高变化越明显,演化的非线性现象越明显,且波浪随着传播距离的增大演化出的阶数也在增大。     

Non-Linear Response of Tethers Subjected to Parametric Excitation in Submerged Floating Tunnels

For the study of the non-linear response of inclined tethers subjected to parametric excitation in submerged floating tunnels,a theoretical model for coupled tube-tether vibration is developed.Upon the assumption that the static equilibrium position of the tether is a quadratic parabola,the governing differential equations of the tether motion are derived by use of the Hamilton principle.An approximate numerical solution is obtained by use of Galerkin method and Runge-kutta method.The results show that,when the static equilibrimn position of the tether is assumed to be a quadratic parabola,the tether sag effect on its vibration may be reflected;the tether sag results in the asymmetry of tether vibration amplitude;for the reduction of the tether amplitude,the buoyant unit weight of the tether should approach to zero as far as possible during the design.     

波浪作用下方箱-水平板浮式防波堤时域水动力分析

在线性化势流理论范围内求解方箱-水平板浮式防波堤的波浪绕射和辐射问题,从时域角度分析了浮式防波堤的水动力特性.采用格林函数法将速度势定解问题的控制微分方程变换成边界上的积分方程进行数值求解,浮式防波堤的运动方程采用四阶Runge-Kutta方法求解.对不同层数水平板的浮式防波堤的波浪透射系数、运动响应和锚链受力进行了计算分析,结果表明方箱相对宽度对方箱-水平板浮式防波堤的波浪透射作用有重要的影响,透射系数随着方箱相对宽度的增加而减小.对于方箱加二层水平板的浮式防波堤,在本研究的计算条件下,当方箱相对宽度从0.110增加至0.295时,透射系数从0.88减小至0.30.水平板有利于增加浮式防波堤对波浪的衰减作用,但随着水平板层数从0增加至2,这种波浪衰减作用增加的程度趋弱.方箱-水平板的浮式防波堤的运动量小于单一方箱防波堤的运动量.与此对应,方箱-水平板防波堤的锚链受力小于单一方箱防波堤的锚链受力.