Feedback control system for blow-out preventer positioning

During the drilling of ultra-deep-water subsea petroleum wells, a blow-out preventer (BOP), a piece of safety equipment, must be assembled on the wellhead. The BOP is suspended using the drilling riser during the wellhead approach operation, and the riser's top end is connected to the floating platform rig. This article presents a feedback control system for the automatic approach of the BOP to the wellhead. Compared to state-of-the-art controls, ours does not require ancillary thrusters installed alongside the riser nor inclination sensors atop of the drilling riser. Additionally, our proposed control embeds a closed-loop dynamic positioning system, thus retaining the characteristics of the original control system and adding an extra closed-loop. This eases implementation of the BOP approach control to an existing platform. To calculate the optimal gains for the BOP controller, we assume a linear system for the riser, including only the pendulum-shape. The simulation is carried out using nonlinear models for both riser and floating platform. We assume an International Towing Tank Conference standard semi-submersible platform, coupled with a 3000-m free-hanging vertical riser for the time-domain simulation. The results show the BOP tracking to be a step-shaped input signal under current and wave loads. A discussion of the performance of feedback control under different environmental loads is also included.     

Hydrodynamic performance of a T-shaped floating breakwater

The comprehensive utilization of floating breakwaters, specially acting as a supporting structure for offshore marine renewable energy explorations, has received more and more attention recently. Based on linear water-wave theory, the hydrodynamic performance of a T-shaped floating breakwater is semi-analytically investigated through the matched eigenfunction expansion method (MEEM). Auxiliary functions, to speed up the convergence and improve the accuracy in the numerical computations, are introduced to represent the singular behavior of fluid field near the lower salient corners of the structure. The effects of the height and installation position of the vertical screen on the reflection and transmission coefficients, dynamic response and wave forces are examined. It is found that the presence of the screen shifts the resonance frequency of RAO for both surge and pitch modes to the low-frequency area, while has no effect on heave mode. The identical added masses, damping and transmission coefficients can be obtained in the cases where the screen holds the same distance away from the longitudinal central axis of the upper box-type structure. Moreover, a relatively small pitch response can be achieved in a wide wave–frequency range, when the breakwater is Γ-shaped.     

可见光下Li+/CNTS-TiO2光催化剂降解海洋柴油污染的研究

通过溶胶-凝胶法,以CNTS-TiO₂为前驱物制备了Li⁺掺杂CNTS-TiO₂的纳米复合光催化剂(以下均称为Li⁺/CNTS-TiO₂),采用X射线衍射(XRD)、扫描电镜(SEM)等测试手段对光催化剂进行表征,结果表明制得的催化剂为纳米材料且在TiO₂的基础上增大了比表面积。利用掺杂量为3%的Li⁺掺杂CNTS-TiO₂复合光催化剂(以下均称为3%Li⁺/CNTS-TiO₂)光催化降解海洋柴油污染,在可见光条件下考察了Li⁺掺杂量、煅烧温度、光催化剂投加量、柴油初始质量浓度、光催化反应时间、H₂O₂质量浓度等条件对光催化实验的影响。进行正交实验,确定最优化工艺条件为:Li⁺掺杂量为3%,光催化剂的煅烧温度为600 ℃,3%Li⁺/CNTS-TiO₂的投加量为0.1 g/L,降解柴油初始质量浓度为0.4 g/L,光催化反应时间为3 h,H₂O₂质量浓度为0.6 g/L,降解率可以达到95%以上。同时对此光催化剂进行应用试验,试验结果表明光催化剂去除效果优异,去除率可达91.87%。     

轴压作用下双金属复合管组合作用与承载力分析

为探究轴压作用下双金属复合海底管道的组合作用与承载性能,对双金属复合海底管道进行了试验研究和理论分析。开展了不锈钢衬管材料性能试验,对比了国际主流不锈钢本构关系模型和试验结果。利用ABAQUS建立了精细化的双金属复合管道轴压试验有限元模型,系统研究了关键参数如复合工艺产生的环向复合应力、钢管初始缺陷幅值等对双金属复合管在轴压作用下力学性能的影响规律。通过对比已有轴压双金属复合管道试验结果,验证有限元模型。基于验证的有限元模型,对轴压作用下双金属复合管道的组合作用以及径厚比和材料强度对承载力的影响进行了分析。结果表明双金属复合管道的轴压极限承载力主要取决于基管的截面屈服荷载,并随着管径和材料强度的提高而增大。并依据分析结果对双金属复合海底管道的设计提出建议。     

复杂结构形式的海堤波浪力及波浪形态数值模拟

依据雷诺方程和k-ε紊流模型,按流体体积(VOF)法追踪波浪自由表面,采用源造波法,建立数值波浪水槽,数值模拟波浪对复杂结构形式海堤的作用.数值模拟结果与经验公式、物理模型试验结果基本符合,说明所建立的数值波浪水槽合理可行.揭示了不规则波作用下复杂结构形式海堤波浪力分布规律,模拟了堤前波浪形态变化,为探讨合理的海堤结构形式提供了依据.     

福建及沿海地区地震活动力源探讨

综合地震震源机制解和地壳形变观测资料的研究, 求得福建及其沿海地区现代震源应力场, 认为这与台湾地区、 台湾海峡应力场相互衔接, 主压应力轴优势方位为NW-SE向, 力轴仰角较小, 应力场近于水平挤压, 形变场反映近期福建沿海亦受北西方向, 接近与海岸垂直的挤压力。 进一步分析该区域内的断裂构造特征和地震活动强度由东至西逐渐减弱的规律, 认为菲律宾海板块与欧亚板块的相互作用力不仅是台湾强震力源所在, 而且其影响向西扩展, 福建及其沿海地区地震活动主要力源仍然是来自这两大板块的相互作用力。     

2004年印尼8.7级强震前昌黎台的远场电性异常特征探讨

分析了在2004年12月26日印尼8.7级地震前河北昌黎台记录到的自然电位及电场异常, 结果显示昌黎台自电位、 电场正常时段观测到的半日、 半月潮汐波周期变化在震前1个多月发生畸变, 周期消失, 变化幅度相应减小, 震后快速恢复, 且潮汐波记录比震前正常时段更加清晰。 该台地电阻率的观测结果显示起始下降变化比较平缓, 震前一周左右, 变化加剧, 出现多次阶变。 究其原因, 在强震发生前断层的蠕滑作用导致孔隙压力变化, 产生一种可以在岩石中传播的应变波, 由于台站下方岩土层对小应变信号具有很好的放大作用, 所以记录到了这种小幅度的应变波, 也就是远场的静态应变效应。 随着地震临近, 应力作用加强, 远程应变波引起台站下方水位、 水化学性质以及岩石孔隙度、 渗透率等的改变, 导致电阻率、 电场大幅度的阶变, 这反映了远场应变波的动态效应。 当然就异常幅度而言, 应变波的效应还嫌弱一些, 因此昌黎台异常变化可能还叠加了震源区激发的电磁波。     

京津冀地区井水温度的数字化观测及其地震前兆监测效能的评估

较为系统的分析了北京、 天津、 河北地区井水温度观测现状及年、 月、 日不同层次上的动态特征, 及其在相关的地震前兆监测中发挥效能的可能性做了宏观的评估。 评估结果表明, 74.7%井的水温观测正常运行, 58.6%的井在地震中期或中短期的前兆监测发挥效能, 67.8%的井在地震短期前兆监测发挥效能, 41.2%的井在地震短临前兆监测中有可能发挥一定效能。 文中还提出了进一步发挥井水温度观测监测效能的若干建议。     

单面边坡的两种动力反应形式及其临界高度

把单面边坡的动力反应分为高边坡动力反应和低边坡动力反应两类. 研究了两种不同动力反应形式临界边坡高度的影响因素. 量纲分析表明弹性条件下边坡动力反应临界高度Hthre与构成边坡材料的动弹性模量Ed的平方根成正比,与边坡材料的密度ρ成反比,与边坡动力输入的特征周期T成正比. 结合弹性波动理论,利用大量数值模拟和统计分析得到了Hthre的表达式. 当边坡的高度大于Hthre时,边坡的动力反应呈现高边坡动力反应规律,当边坡的高度小于Hthre时,边坡的动力反应呈现低边坡动力反应规律.     

钢-混凝土组合连续梁桥动力响应试验研究

钢-混凝土组合梁桥动力响应有其特点,本文结合福州光明港钢-混凝土组合连续梁桥实际工程,开展环境激励及汽车动载激励试验,并应用有限元进行分析和研究,表明理论计算与实测的频率和振型等动力特性较吻合,同时进行组合作用、横向支撑连接、体外预应力等参数研究,为该类型组合连续梁桥的动力性能研究与工程设计提供参考。