导管架平台拆除过程稳定性及影响因素分析

现有服役海洋平台正逐步走向老龄化,海洋平台拆除成为海洋工程新的经济增长点。针对达到服役年限的导管架平台,基于数值分析方法模拟拆除过程,开展平台在不同拆除阶段和环境载荷等参数下的稳定性及影响规律研究。基于钢结构整体稳定性理论,以导管架平台拆除过程中顶点位移为参考,定义导管架平台拆除作业稳定性指标,提出拆除作业阶段划分方法,通过分析导管架平台在不同影响因素作用下拆除过程稳定性响应,给出拆除作业建议。选取我国南海某4裙12腿进行实例分析,结果表明:主桩腿对导管架平台起决定性承载作用,拆除部分主桩腿后需要引入外部支撑力,以保证拆除作业安全进行;拆除构件越多,来浪方向和环境载荷大小对平台影响越加显著。研究结果可为导管架平台拆除作业提供参考。     

基于GPU加速的Boussinesq类波浪传播变形数值模型

Boussinesq波浪模型是一类相位解析模型,在时域内求解需要较高的空间和时间分辨率以保证计算精度。为提高计算效率,有必要针对该类模型开展并行算法的研究。与传统的中央处理器(CPU)相比,图形处理器(GPU)有大量的运算器,可显著提高计算效率。基于统一计算设备架构CUDA C语言和图形处理器,实现了Boussinesq模型的并行运算。将本模型的计算结果同CPU数值模拟结果和解析解相比较,发现得到的结果基本一致。同时也比较了CPU端与GPU端的计算效率,结果表明,GPU数值模型的计算效率有明显提升,并且伴随数值网格的增多,提升效果更为明显。     

KK型管节点应力集中系数几何敏感性分析

KK型管节点是自升式平台桁架式桩腿中的一种管节点,其应力集中系数是影响桩腿疲劳寿命的重要参数。应力集中系数与管节点的几何形式密切相关,为分析KK型管节点应力集中系数对几何参数的敏感性,利用ANSYS软件对某KK型管节点进行几何参数化建模,利用有限元数值模拟方法对各工况下的热点应力进行分析,并分别计算各相应工况下的名义应力,然后将热点应力与名义应力相比得到不同几何参数下的热点应力集中系数。对计算结果进行整理分析,得到了KK型管节点应力集中系数对无量纲几何参数的敏感性规律。结果表明,应力集中系数与撑杆受力状态、管节点结构形式有关,在满足结构布置、建造工艺和其他安全性指标的前提下,分析结果能够为KK型管节点的结构设计和疲劳分析提供技术支撑。     

脚靴式海上升压站灌浆连接段强度分析研究

与国内已建成的海上升压站相比,脚靴式海上升压站导管架对桩和套筒间的灌浆连接强度要求更高,完全套用单桩风电结构的分析方法会使结构设计不准确。由于桩和套筒之间设置有剪力键,当特殊情况时还需增加灌浆连接增强钢筋,在地震及撞船作用下容易导致灌浆接触界面分离等破坏,当前尚未有针对此类情况系统的灌浆连接强度校核方法。以某脚靴式海上升压站为例,分析其在在位、撞船、地震、疲劳等多个主控工况下灌浆连接、剪力键及增强钢筋的强度及稳定性,结果表明该海上升压站灌浆连接段满足设计要求,并研究了各参数对灌浆连接段强度的敏感程度,为今后脚靴式海上升压站各主控工况下的灌浆连接段强度分析、优化设计提供参考与借鉴。     

南海开放共享航次关键科学问题的思考——从多尺度海洋动力学角度出发

南海是西太平洋最大的边缘海, 通过一系列的海峡与西太平洋和印度洋相联通, 其不同时空尺度的海洋环流动力过程及其生态环境效应是南海区域海洋学研究的重要内容。自20世纪50年代末全国第一次海洋普查开始, 我国对海洋调查的支持力度不断加大, 以科学考察船为代表的海洋科学观测平台建设不断加强; 进入新千年以来, 国内海洋科考船依托的各主要研究所和院校本着开放的理念, 先后组织多单位联合进行海上观测。尤其是最近10年, 国家自然科学基金委员会支持实施了船时共享航次计划, 进一步促进了国内海洋界的交流和合作, 南海区域海洋学的相关研究取得了很多重要的成果。从多尺度环流动力学的角度出发, 本文简要回顾了南海海洋观测的发展历程, 并初步总结了近些年来南海关键科学问题的研究进展, 包括南海和西太平洋的水体交换过程、南海中小尺度过程、多尺度相互作用及其生态环境效应等; 并且在现有的研究基础上, 对未来南海的观测和科学问题提出若干思考与展望。     

海洋调查测量信息系统(一):硬件部分

在调查测量船的设计论证过程中,针对调查测量设备信息综合处理和任务指挥控制的需求,基于对调查测量船典型装备配置及能力的分析,提出了由软硬件两部分组成的调查测量信息系统,设计了由数据采集分发平台、声学同步控制模块和数据远程通信模块组成的系统硬件部分,实现了调查测量信息的集中采集、实时分发、远程传输,以及调查测量作业的同步控制,有效保证了调查测量船装备布局的统一性和科学性,为海上同步高效作业能力的生成提供了硬件保障。     

有限尺度李雅普诺夫指数与海表温度梯度相关性的初步分析

为了探究海表温度和海面高度之间的瞬时相关性,介绍了一种卫星测高数据的拉格朗日分析指数--有限尺度李雅普诺夫指数(Finite Size Lyapunov Exponent,FSLE),以黑潮延伸体区域的涡旋和南大西洋的亚南极锋为例,通过对观测、模式结果和融合产品结果的分析,探讨了该指数与海表温度梯度(Sea Surface Temperature Gradient,SSTG)之间的相关性。比较FSLE图像和SSTG图像发现,FSLE与SSTG均呈丝状结构,对海洋表层水体结构描述具有一致性,尤其在温度梯度大和地转流强的区域更为一致。二者的一致性要远好于其他常用方式,比如全流速、OW参数涡旋识别方法和Winding-Angle涡旋识别方法。不同区域FSLE与SSTG之间的相关性表现不同,黑潮延伸体区域相关系数存在显著的季节变化,而南大西洋亚南极锋区域季节内变化突出。     

大跨径桥梁挠度变形监测技术应用实践

在大跨径桥梁的静载试验过程中,挠度是重要的技术参数,为确保挠度变形监测成果的可靠性,以某斜拉桥为例,综合应用精密水准测量法、连通管式挠度监测法和全站仪三角高程法,相互检核验证,分析评价内符合精度和外符合精度。结果显示,在封闭交通和温度相对恒定的环境下,几种方法的挠度监测结果均满足规范要求,但各有不足。由于受监测环境温度、车辆荷载、仪器自身精度等诸多因素制约,精密水准和连通管法结果较为接近,三角高程法则略有差异,应结合有限元模型和控制截面应力应变结果综合分析。3种方法相互检核,实现不同挠度测量方法的有益补充。     

基于纵横波保幅分离的粘弹介质弹性波正演模拟

地下介质往往表现为粘弹特性,研究基于粘弹假设的数值模拟方法对于正确认识地震波的传播规律和提高地震勘探精度具有重要意义。波动方程正演过程中纵横波的保幅解耦是研究准确的粘弹介质中地震波传播机理的前提,基于散度和旋度算子的纵横波解耦方法会使波场的相位和振幅产生畸变,且解耦后的波场在极性反转位置上无法与分离前混合波场各分量对应。在散度和旋度算子上再做一次梯度和旋度运算的波场分离方法虽然能够克服上述缺陷,但存在保幅性差等问题。本文从粘弹介质中的一阶速度-应力方程出发,推导了矢量纵横波分离的波数域表达式,结合有限差分思路给出了其在空间域的求解方法。本文方法利用纵横波的传播速度对现有的矢量波场分离方法进行振幅校正,并将校正结果分别作为纵波与横波对时间的二阶偏导,实现了粘弹介质中的纵横波分离。模型试算结果表明,本文方法能够克服现有方法的缺陷,获得更具保幅性的波场分离结果。     

菲与纳米银对胶州湾表层沉积物反硝化作用的复合毒性效应评价

多环芳烃(PAHs)与纳米材料污染已对沉积物生态系统和人类生存环境构成严重威胁,其复合污染的毒性效应环境危害可能更大。为了深入探讨PAHs与纳米材料对近岸表层沉积物反硝化作用的复合毒性效应,本文选取位于胶州湾(JZB)的大沽河河口区(DRE)E站和湾内S站,分别以菲和纳米银代表PAHs和纳米材料,通过测定不同剂量单一及复合污染下沉积物反硝化潜势(PDA)的变化,结合浓度相加模型(CA)、独立作用模型(IA)和中效/联合指数等效图法(CI)三种复合毒性评价方法,评价菲和纳米银对沉积物反硝化潜势的复合毒性效应,并对评价方法进行了优选。结果表明,两种污染物浓度越高,对研究区域反硝化潜势的抑制作用越大。菲、纳米银单一及复合作用下对河口区沉积物反硝化潜势的EC50值分别为44.62、112.49和64.86 mg·kg-1,对湾内分别为61.79、147.05和96.18 mg·kg-1。菲单一作用对反硝化潜势的抑制效应强于纳米银,但复合污染的抑制效应更强。两种污染物对河口区的沉积物反硝化潜势抑制效应强于湾内,可能与河口区具有较高Eh和沉积物颗粒度及较低的pH、盐度和有机质含量有关。三种毒性效应评价方法的结果表明,菲和纳米银的复合污染对2个站位反硝化潜势的毒性效应均为协同作用,且对大沽河河口区的协同作用更强。此外,CI法对复合效应的预测结果比CA和IA法更为接近实际观测值,且CI不需要考虑污染物作用模式的限制,因此认为CI法更适用于评价混合污染对沉积物反硝化作用复合影响的效果。本研究结果表明,菲和纳米银会增强彼此对反硝化菌及反硝化功能的毒性效应,由此推断,PAHs和纳米材料在环境中同时存在时比其单独存在对沉积环境的危害更大。