涡激振动实验中的流速增大装置研发与性能研究

拖曳水池中进行立管涡激振动实验时,为了保证采样时间长度,难以达到较高的Re数。流速增大装置可以在不提高拖车车速的情况下增大立管外的流速。利用这种流速增大装置还可实现流速分层流场中细长柔性立管涡激振动实验。经过对流速增大装置中的进流段曲线进行优选,发现Witozinsky曲线的总体性能最好。在对流速增大装置进行水池实验和数值模拟后,发现流速增大区域的流速增大倍数接近进流段收缩比,流速增大区域流场比较稳定、均匀,流速增大装置对其外的流场影响很小。此流速增大装置不但可应用于拖曳水池中的立管涡激振动实验,还可以应用于对流速要求较高的水下航行体的水池试验,如鱼雷、水下机器人等。     

长江口徐六泾悬浮细颗粒泥沙絮凝体特性

2003年6月14日-22日, 利用现场激光粒度仪LISST-100在不扰动颗粒物的情况下, 于长江口徐六泾定点连续观测了洪季大、小潮表层粘性悬浮细颗粒泥沙絮凝体的实有粒径、体积浓度, 配合OBS-3A现场测量的悬沙浓度计算了现场絮凝体的有效密度和静水沉速.观测结果显示, 徐六泾大、小潮表层絮凝体体积浓度、粒径、有效密度和静水沉速的平均值分别为98.0 μl/L、39.8 μm、1173 kg/m^3、1.14 mm/s和70.8 μl/L、64.4 μm、919 kg/m^3、2.32 mm/s.研究表明： ①长江口徐六泾表层絮凝体体积浓度主要受水流流速影响, 再悬浮现象明显, 体积浓度过程线滞后流速过程线, 落潮期间滞后10-30 min, 涨潮则滞后30-50 min; ②小于一定流速时絮凝体平均粒径随流速增大而增大, 大于一定流速时絮凝体平均粒径则随流速增大而减小, 徐六泾大、小潮表层絮凝体在50 cm/s的垂线平均流速时出现平均粒径与垂线平均流速关系的转折; ③徐六泾大、小潮表层絮凝体平均粒径在体积浓度75 μl/L时出现平均粒径与体积浓度关系的转折, 体积浓度小于75 μl/L时粒径随体积浓度增加而增大, 超过75 μl/L时粒径随体积浓度的增加变化不明显; ④絮凝体有效密度由粒径大小控制, 粒径大, 有效密度小, 反之亦然, 粒径和有效密度共同决定絮凝体静水沉速, 有效密度和沉速与平均粒径之间均存在良好的幂指数关系.     

海洋平台结构超声相控阵检测成像技术的发展及应用

介绍了超声相控阵检测成像技术的基本原理及其在海洋平台结构检测中的最新进展。超声相控阵技术采用区域划分法将焊缝分成垂直方向的若干区,由扫查器携带超声相控阵探头运动,对其分区进行电子扫查,检测结果以图像形式显示。探讨了超声相控阵技术用于海洋平台结构管节点焊缝检测时存在的一些问题,提出解决方法,指出其在海洋平台结构、压力容器、航空航天等工业无损检测领域将具有应用前景。     

土体疲劳对打桩分析的影响

在动力沉桩过程中,桩长时间连续运动导致桩侧土体强度的降低,使土体产生疲劳效应。结合一维应力波动理论,桩土相互作用模型和土体疲劳的不同计算方法,编制计算软件,对渤海某油田采油平台的桩基工程进行打桩分析,预测沉桩过程所需的锤击数、桩周土静阻力以及桩的极限承载力。比较不同的桩侧土体疲劳计算模式的分析结果,并用工程实测数据验证计算值。为工程设计和施工提供参考。     

导管架式海上风力发电支撑结构振型扩阶方法

提出1种适用于海上风力发电支撑结构的模态振型扩阶方法。该方法无需借助转换矩阵实现振型扩阶,而是依靠实测模态并通过修正有限元模型对应振型在未测试自由度的振型值而获得空间完备的模态振型,并且所发展的方法在一定程度上可以忽略有限元模型存在的建模误差,是1种直接的估算方法,计算效率相对较高。文中采用三桩导管架式海上风力发电支撑结构验证提出方法的正确性以及在低阶模态振型扩阶上的优越性。数值结果表明,该方法对传感器位置、数量依赖程度低,尤其对于海上风电结构,仅在结构的水深较浅部位布置少数传感器即可比较精确的实现低阶模态振型扩阶,具有良好的工程应用前景。     

海底管道沙粒侵蚀的数值模拟及侵蚀公式评价

海底管道中颗粒侵蚀是油气输送过程面临的一个重要问题,也是流动保障的一个重要分支。弯头和T型堵头管是油气生产中最易于发生颗粒侵蚀的管道组件。首先使用剪切压力传输模型(SST)计算管道内流场,使用拉格朗日方法跟踪颗粒运动轨迹,结合颗粒随机反弹模型,建立跟踪复杂流场中大规模颗粒运动轨迹的一般方法;之后引入四种颗粒侵蚀公式,预测弯头、T型堵头管的砂粒侵蚀结果,并结合实验数据,比较分析各侵蚀公式的精度与适用性。分析结果表明,对于弯头,四种侵蚀公式的数值结果与实验结果均吻合良好,其中Tabakoff的侵蚀公式具有较高的精度和较好的适用范围;对于T型堵头管,数值方法对颗粒运动机理的模拟尚存缺陷,需做进一步改进。     

海底埋设双层管管道隆起屈曲分析

海底埋设双层管管道隆起屈曲分析是海洋管道设计的重要技术之一。在管道隆起屈曲分析中实现管土作用和内外管相互作用的准确模拟一直是工程应用追求的目标,也是其中的难点。利用管土作用单元和管中管单元等技术,建立了海底埋设双层管管道隆起屈曲分析有限元模型。该模型不但考虑了管道初始形状、压力、温差载荷、管道材料非线性等常规因素,还考虑了非线性管土作用和内外管相互接触作用,并能对管道屈曲前和屈曲后全程进行模拟。应用该模型,计算了一条高温高压埋设双层管管道隆起屈曲过程中的应力等。算例表明该模型有较好收敛性,能对一般海底高温高压埋设双层管管道隆起屈曲进行准确模拟。     

浮式平台横荡运动对水下柔性立管涡激振动的影响

由于深水浮式平台的运动幅度较固定式平台增大,其运动与下部立管的动力耦合变得更加明显。研究了上部平台运动对水下立管涡激振动的影响,基于有限元数值模拟,建立了与结构运动耦合的立管尾迹流场的涡激升力、流体阻力模型,进行了"平台运动-立管涡激振动"整体系统的动响应数值模拟,分析了平台横荡运动的幅值、频率等因素对水下立管涡激振动的影响。结果表明,上部平台的振动会在沿着立管展向传播的过程中被放大(称为响应放大);与不考虑平台运动相比,立管的动响应位移增大了多倍,而且振幅放大倍数随着模态阶数的降低而增大;平台横荡振幅越大,立管振动幅值也越大,但是振幅放大倍数的变化不明显。     

伶仃洋河口泥沙絮凝特征及影响因素研究

泥沙絮凝对河口细颗粒泥沙运动过程起着极其重要的作用。本文通过LISST-100激光粒度仪等仪器实测伶仃洋河口2013年洪季悬浮泥沙絮凝体现场粒径及水动力、泥沙条件,结合实验室悬沙粒径分析,研究大小潮期间伶仃洋河口泥沙絮凝特征,探讨紊动剪切强度、含沙量、盐度分层及波浪等因素对伶仃洋河口泥沙絮凝的影响。结果表明:伶仃洋河口水体中现场粒径平均值为148.53 μm,大于实验室悬沙分散粒径36.74 μm,河口絮凝现象明显;沉速与有效密度、粒径呈正相关,絮团平均有效密度为153.49 kg/m3,平均沉速达1.13 mm/s;小潮时絮团平均粒径大于大潮,垂向上表底层絮团粒径小、中层大,中底层絮团沉速大于表层。伶仃洋河口水动力、泥沙条件是影响其泥沙絮凝的重要因素,低剪切强度（小于5 s-1）、低含沙量（小于50 mg/L）及高体积浓度有利于细颗粒泥沙之间的相互碰撞,促进絮凝作用;当剪切强度与颗粒间碰撞强度高于絮团所能承受的强度时,絮团易破碎分解成小絮团或更细的泥沙颗粒;伶仃洋河口盐度层化引起的泥沙捕获现象增大中层泥沙体积浓度,有利于中层絮凝体的发育;观测期相对较大的波浪增强水体紊动,增大了水体细颗粒泥沙的碰撞几率,表层絮团粒径随波高峰值的出现而增大。     

2012年秋季白脊管藤壶在江苏如东互花米草盐沼向附着及分布

互花米草Spartina alterniflora自1979年引入至今,已在我国海岸带大范围扩张并对盐沼湿地生态系统产生了很大影响.本研究以附着生物藤壶为例,研究了互花米草扩张对附着生物的影响.通过对5个断面共28个样方的米草植株、附着藤壶以及藤壶在互花米草上的最大附着高度调查,获得结果如下:藤壶在互花米草滩上的附着范围位于潮沟两侧,且呈宽度约为5 m的带状分布;潮沟规模越大,其向陆方向的延伸范围越宽;每个站位藤壶附着的相对最大高度都位于同一水平.附着藤壶均为白脊管藤壶Fistulobalanus albicostatus,平均干重237±69g·m-2,大部分藤壶直径在2～10mm之间.互花米草的平均干重为981±81g·m-2,潮沟附近互花米草高壮但密度较小,远离潮沟互花米草矮小但密度较大.分析表明,互花米草为藤壶提供了附着基质,并影响藤壶在潮间带的平面分布格局(尽管藤壶的生态位保持不变).影响白脊管藤壶分布特征的原因主要是海水浸没时间的差异;负地形的浸没时间更有利于藤壶的附着和生存;另外潮沟较高的潮水流速除了利于白脊管藤壶幼体的附着外,还可以通过水流的涨、落为其带来充足的食物.