海洋水声通信节点的耐压舱体设计及多重应力分析

水下通信节点是实现深水通信的重要载体,也是实现海洋开发和勘测的重要设备,耐压舱体是承受外部压力、保护内部设备正常工作的重要装置。为了满足在海洋1 500 m深度的实际应用需要,采用传统的耐压舱体结构设计整体分析的方法,对整体结构的稳定性进行了设计验证;在实际工程应用中,因局部特殊结构的需要破坏了耐压舱体的整体连续性,使得局部的应力突变和结构的不稳定造成整体的设计失败,耐压舱体的合理性设计也变得非常复杂;根据耐压舱体几何结构连续和不连续性,将耐压舱体的应力区分为应力连续区和不连续区,结合ANSYS数值仿真的方法进行分析,通过局部加厚的方法,在满足实际需要的前提下,尽可能减小厚度降低成本。     

随机波浪作用下黑泥湾冲淤演变的数值模拟

近岸海域潮流、波浪动力条件复杂,单纯考虑潮流输沙对底床冲淤演变的影响可能存在较大的偏差。基于局地较长时期海浪场统计特征,将随机波浪因子引入底床冲淤演化模拟研究中,采用ECOMSED模式进行了不同波浪动力条件影响下黑泥湾海域冲淤演化的数值模拟,并与现场观测资料进行了比较,取得了较好的结果。结果表明,黑泥湾及附近海域存在较稳定的N—S向潮余流,这在整体上是本区泥沙输运的重要影响因素;湾内海域基本处于冲淤动态平衡,冲淤格局与其地形、海流流速和波浪场分布有关,楮岛周围与镆铘岛东面近岸海域以侵蚀为主,镆铘岛南部近岸以淤积为主;随机波浪要素的引入对冲淤演变模拟结果有较大的影响,引入波浪要素后的模拟的结果与海图更为接近。     

波致液化粉质土有效应力变化的试验数据分析

海床不稳定性的现象很多都是海底液化引起的。根据之前的研究,粉土在液化之后有效应力会依然存在,关于波浪作用下海床液化之后有效应力变化的研究很少。采用波浪水槽实验,在未液化和液化2种情况下,分别施加不同波高的波浪,对底床各层位土体孔隙水压力进行采集,并对比研究。实验结果表明,液化后有效应力的相对值相对于液化前有很明显的减小,并且在深度上表现出显著的差异性,这种差异性随着波高的增大而减小。当相同深度处同一种波高作用一定时间时,有效应力会出现极大值,然后有效应力会减小。     

基于滑动窗口导纳技术反演西太平洋中部岩石圈的有效弹性厚度

西太平洋中部地区是西太平洋板块边缘沟-弧-盆体系构造演化的关键区域,其地质特征与构造演化一直是地学家关注的焦点问题之一。开展岩石圈有效弹性厚度的研究对于认识该区域的形成演化具有重要的科学意义。本文采用滑动窗口导纳技术,并在挠曲模型中考虑了表面荷载和内部荷载同时存在的情况,计算得到该区域的岩石圈有效弹性厚度(Te)。计算结果显示,研究区的Te值整体上为0~50 km,其变化基本上与构造单元相吻合,且与主要的构造边界密切相关。除海底火山具有相对较小的Te值(15~20 km)外,太平洋板块整体上具有较强的岩石圈强度(25~30 km)。马里亚纳海沟和菲律宾海沟的岩石圈强度从外隆起到海沟方向表现为明显的减弱,表明岩石圈由外隆起向海沟发生了弱化。帕里西维拉海盆西部相较于东部具有较弱的岩石圈强度,这可能与海盆的非对称扩张有关。卡罗琳板块的岩石圈整体上表现为相对均一的低Te值特征(<15 km)。欧里皮克海隆、卡罗琳海岭和索罗尔海槽的Te值为3 km,这可能是强烈的火山作用所导致的结果。     

索马里流系的三维结构及其季节变化

利用1958年1月～2007年12月的SODA资料,系统地研究了500m以浅索马里流系的结构及其季节变化特征。结果表明:夏季风期间索马里流系主要表现为向北的沿岸流和准静止的双涡旋系统,垂向则以沿岸上升流为主,最强上升流位于8°N～11°N;冬季风期间则为向南的沿岸流和越赤道向北的潜流,且沿岸以下沉运动为主导。索马里流系具有较复杂的分层结构,这种复杂性尤其表现为1～3月赤道附近和6～10月3°N附近分别出现的"南-北-南"和"北-南-北"经向流三层结构。此外,沿岸流量具有明显的半年周期和年周期。究其原因,海面风应力是索马里流系结构季节变化的1个驱动因子,沿岸流向的季节性变化、大涡旋及上升流的形成都与其密切相关。     

海气动量通量研究综述

海气界面动量通量也称为风应力,是海流和表面海浪的主要驱动力,是海洋从大气获得动量的重要途径。因此,合理可靠的海洋表面风应力的参数化对于海洋、大气和波浪以及气候模式的准确预报都具有非常重要的科学意义和实用价值。对风应力拖曳系数的参数化是风应力参数化的主要内容。近来的观测发现,风应力拖曳系数随着风速的增加出现了先增后减的趋势,同时还与海面的波浪状态以及海流有关。基于观测或理论分析,目前已经得到了一系列的风应力拖曳系数计算方法或公式,有的考虑了海浪的作用,有的没有,但这些方案大都是适合中低风速,在高风速下的适用性还有待检验。本文回顾了目前在海气动量通量观测和参数化方面的研究进展,并建议应增加高风速下风速、海流以及海浪等的同步观测,以进一步完善风应力参数化方案。     

仿真技术在深弹发射装置环境适应性分析中的应用

深弹发射装置安装在甲板部位,使用环境恶劣,过去均采用传统的试验方法进行环境适应性考核。最近几年,随着三维设计的广泛应用,仿真技术也开始发挥作用,以发射装置接线箱的冲击响应为例,介绍仿真技术在发射装置环境适应性分析中的应用。通过案例分析可知,仿真分析对于发现机械结构设计中的薄弱环节还是非常有效的,它突破了环境试验受限于试验样机和特定环境条件的限制,可以在较短的时间内得到仿真结果,对装备模型进行及时修正。     

基于新型高频声学多普勒流速剖面仪的河口近底部边界层观测初探

河口物质输运、能量交换与底边界层内的水动力过程密切相关,底边界层参数(如切应力、拖曳系数)的确定至关重要。挪威Nortek公司生产的新型声学多普勒流速剖面仪AD2CP相比传统ADCP具有高频、低噪的优点,可用于高频(16Hz)流速剖面观测,而被广泛应用于底边界层观测的ADV只能测量单点高频流速。本文采用AD2CP在长江口南槽最大浑浊带区域进行座底式观测,并与同步近底部三脚架上ADV的观测结果进行对比。结果表明,使用AD2CP测得的近底部平均流速与ADV的测量结果吻合良好;使用惯性耗散法计算了底切应力,基于ADV的单点高频流速数据计算结果为2.16×10~(-2)～5.69×10~(-1)N/m~2,基于AD2CP的结果为2.09×10~(-2)～4.26×10~(-1)N/m~2,二者范围大致相当。在此基础上,基于AD2CP数据计算出摩阻流速为4.55×10~(-3)～2.06×10~(-2)m/s、底拖曳系数范围为1.84×10~(-4)～2.49×10~(-3),与ADV的计算结果基本一致。此外,由于AD2CP可以获得高频的流速剖面数据,优于单点ADV,具备观测近底部边界层参数和边界层内湍流剖面的潜力。     

波致应力的近似求解及其太平洋特征分析

基于波致应力计算中对海浪谱和波浪增长率公式的敏感性分析,选择适当的波致应力近似求解方法,计算和探讨了太平洋波致应力的时空分布特征。敏感性分析中,选择了4种常用的波浪增长率公式和3种经验解析海浪谱。推导了计算波致应力的单波公式,并将其与JONSWAP谱积分公式和Elfouhaily谱积分公式进行比较,同时使用了由风速和有效波高资料构造的Elfouhaily谱积分公式计算太平洋波致应力。结果表明:Belcher等(1993)的波浪增长率计算公式估算的波致应力与实验数据吻合度较好,同时适用ERA-interim数据;当波龄小于1.2时运用Elfouhaily谱积分公式更合适,当波龄大于1.2时运用单波公式更快速有效;太平洋的波致应力分布与风场之间存在明显的相关性;2009年1月、4月、7月和10月太平洋波致应力的季节性特征分析表明四个季节的西风带波致应力较其他地区都更强盛,而在时间变化上1月和10月为波致应力整体较为强盛的时期。     

Ekman模型时间变化风应力系数的伴随参数估计

本文基于时间分布参数设置,利用伴随同化方法,反演了Ekman模型中随时间变化的风应力拖曳系数,并在孪生实验和实际实验中对该方法进行了验证。在孪生实验中,研究了参数反演结果对不同影响因素的响应,包括:风速分布、风应力系数分布、风应力系数初始猜测值、风应力系数独立变量个数、观测数据误差和观测的深度。孪生实验结果验证了伴随同化方法反演Ekman模型中时变风应力系数的有效性,具体包括如下五个方面结论:1)不同风速分布下均能成功反演出不同风应力拖曳系数分布; 2)反演结果对初始猜测值较为敏感,风应力系数初始猜测值越接近给定值,反演结果越好;3)风应力系数独立点个数的选取会显著影响反演结果,合理的选择有利于提高反演效率及减小观测数据误差;4)观测误差能够影响反演结果,观测数据误差在20%以下时能取得合理的反演结果; 5)反演结果对观测数据的表层和次表层流速更为敏感,这是由Ekman流的物理性质决定的。实际实验,利用百慕大锚系试验平台的风速和流速数据,去除周期性潮流和地转流成分后得到Ekman流成分,并作为观测输入到该同化模型,反演出了适用于该区域和该时段的随时间变化的风应力系数。通过比较模拟流速和观测流速,证明利用伴随同化方法能从实测数据中反演出合理的时变风应力系数,对于海洋模型风应力系数的确定是一项有益的尝试。