Third-Order Stokes Wave Solutions of the Free Surface Capillary-Gravity Wave and the Interfacial Internal Wave

Based on the Stokes wave theory, the capillary-gravity wave and the interfacial internal wave in two-layer constant depth''s fluid system are investigated. The fluids are assumed to be incompressible, inviscid and irrotational. The third-order Stokes wave solutions are given by using a perturbation method. The results indicate that the third-order solutions depend on the surface tension, the density and the depth of each layer. As expected, the first-order solutions are the linear theoretical results (the small amplitude wave theoretical results). The second-order and the third-order solutions describe the nonlinear modification and the nonlinear interactions. The nonlinear impact appears not only in the n (n≥2) times'' high frequency components, but also in the low frequency components. It is also noted that the wave velocity depends on the wave number, depth, wave amplitude and surface tension.     

钢管脐带缆扭转平衡设计

钢管脐带缆包含多种螺旋缠绕的功能单元,其在外力载荷下会发生相对运动,而且钢管的刚度较大对扭转平衡有重要影响,因此,相对于普通电缆,钢管脐带缆在扭转平衡设计时更加困难。根据扭转平衡理论公式,采用控制变量法,以第二层铠装钢丝的绞合角度为变量进行扭转平衡设计。首先建立脐带缆缆芯有限元模型,对其施加拉伸载荷,结果显示缆芯出现了扭转,这证明不能将脐带缆缆芯视为一实心圆柱。其次建立不同绞合角度的脐带缆有限元模型,设置各功能单元的材料属性和摩擦系数,分析模型在拉伸载荷下的扭转角度,并将相同拉伸载荷下的扭转角度拟合为直线,从而得到钢管脐带缆在扭转平衡状态时的最优绞合角度。最后,采用试验方法对实物钢管脐带缆进行扭转平衡测试,测试结果显示在拉伸载荷下脐带缆单位长度扭转角度十分微小,这表明缆是扭转平衡的。因此验证了使用的有限元方法在钢管脐带缆扭转平衡设计中的有效性。     

Cr^3＋在改善三元复合驱中的作用实验研究

在三元复合驱矿场应用实践中,由于三元复合体系自身流度控制能力的局限性,必须通过聚合物凝胶前置段塞来改善吸液剖面,这就涉及到聚合物凝胶与三元复合体系的配伍性。通过向三元复合体系中加入有机铬,考察Cr^3＋对三元复合体系黏度、界面张力和阻力系数等性能影响,进而对Cr^3＋聚合物凝胶与三元复合体系配伍性以及Cr^3＋在改善三元复合体系性能方面的作用做出评价。结果表明,Cr^3＋的加入对三元复合体系黏度和界面张力影响不大,但阻力系数和残余阻力系数却明显增加。当采用Cr^3＋聚合物凝胶作为前置段塞或采用添加Cr^3＋的三元复合体系进行复合驱油实验时,其采收率增加幅度都要高于普通三元复合驱。这不仅显示出Cr^3＋聚合物凝胶与三元复合体系间良好的配伍性,而且为改善三元复合驱增油效果提供了新的途径。     

松江河电厂小山水电站导流洞出口边坡稳定性分析

小山水电站导流洞出口边坡其地质结构为下部中侏罗世安山岩（αＪ２），其上覆盖了第三纪末第四纪初的玄武岩（βＮ～Ｑ），两者间为不整合接触，不整合面夹有０．１～０．６ｍ厚的粘土状及碎石粘土状夹层，产状倾向河床，倾角±２５°。在上覆玄武岩层中见有高倾角的宽张裂隙带，与不整合面一起构成松动岩体，不整合面为底滑面。通过边界条件的分析和稳定计算，松动岩体的抗滑系数Ｋ＝３．１０２，边坡是稳定的。在施工过程中采取了相应的安全保护措施，导流洞出口提前２８ｍ进洞，节约挖方量６００００ｍ３，提前了工期。经三年多的施工到运行，边坡无异常变化，表明该项优化设计是可行的。     

压力分散型锚索与拉力集中型锚索抗振性能研究

京石客运专线石家庄明挖隧道工程与既有京广铁路线近距离并行长达5 km,为了摸清列车动载对桩锚支护结构的影响,以及不同锚固形式对动载的响应特点,特在该隧道设立压力分散型锚索试验段,与现场普遍采用的拉力集中型锚索锚固段相对照,进行长期应力、应变量测。在此基础上,对实测数据进行了系统的整理和分析,对比了压力分散型锚索与拉力集中型锚索在应对动载方面的不同特性。研究表明,压力分散型锚索的抗振性能是拉力集中型锚索的5倍,而且具有应力调整时间短、长期抗振性能稳定,预应力损失幅度小、比例低的优点。     

风浪流中半潜式风机系统动力响应特性研究

以三浮筒(Tri-floater)型半潜式风机系统为对象,采用时域方法,考虑垂荡板的黏性阻尼效应,研究系泊缆直径、长度、预张力和布置方式等参数对其在风浪流中动力响应特性的影响规律,提出了一种系泊参数优化方法。在此基础上,根据东海和南海三个不同水深区域百年一遇海洋环境条件,通过调整Tri-floater型浮式基础的吃水和垂荡板等参数,有效地提高了其运动响应周期,减小了其运动响应幅值。同时,根据风机浮式基础运动幅值的设计规范要求,针对三个不同水深区域特点,设计了Tri-floater型浮式基础的系泊系统。计算结果表明,改进后的Tri-floater型半潜式风机系统能满足百年一遇极端环境下的作业要求,适合于东海和南海海洋环境下海上风能资源的开发。     

冲击荷载作用下新型延展式张力腿平台时域分析

延展式张力腿平台是一种适用于深水油气开采的海洋平台结构。提出一种新型平台由四个立柱和一个环形浮箱连接而成,环形浮箱是由四个箱型梁焊接而成。根据给出的南海海域的海况条件和相应的规范计算结构的环境载荷,运用SESAM软件Deep C模块,考虑风、浪、流等环境荷载的作用和张力腿系统的非线性影响,进行了时域耦合分析,得到了平台的运动位移时程、张力腿系统张力时程和张力极值等。模拟波浪破碎作为冲击载荷,得到张力腿平台在冲击荷载作用下的运动位移时程、张力腿系统的张力时程。研究结果表明:该新型平台具有良好的运动响应,张力筋腱应力满足安全要求;在冲击载荷作用下新型平台的运动响应也满足要求。     

裂缝性岩石裂缝扩展的光弹构造物理模拟——以南华北盆地户部寨沙河阶组为例

以南华北盆地户部寨第三系沙河阶组粉砂岩低渗透储层为例,总结了其中发育的5种类型构造裂缝组合,即:①南北向雁形张节理组成的共轭剪节理带;②东西向雁形张节理组成的共轭剪节理带;③缠结状多组剪切构造裂缝;④组合状交切的多组剪切构造裂缝及张裂缝;⑤散状无序排列的构造裂缝。在此基础上,建立光弹性试验构造物理模型,沿现应力场96°方向,均匀地对该模型逐步增加外载力。结果表明,沿各组合裂缝尖端分别形成对称于裂缝走向、且主轴垂直于裂缝的Ⅰ型等色线条纹;对称于裂缝走向、且主轴平行于裂缝走向的Ⅱ型条纹和斜交于裂缝走向的复合型(Ⅲ型)条纹。第①类组合裂缝尖端以Ⅰ型等色线条纹的拉张应力和张剪应力为主;第②类组合裂缝尖端以复合型(Ⅲ型)等色线条纹的挤压应力为主;第③、④和⑤类组合裂缝尖端的应力分布较为复杂。当模型外载荷接近1000kg时,裂缝尖端起裂,并开始发育显微裂缝,而当外载荷达1100-1200 kg时,沿裂缝尖端部位形成宏观裂缝,并开始扩展。5种类型的裂缝组合扩展发育程度由强至弱依次为:①,③,⑤,②,④。其中第①类共轭裂缝组合起裂最早,扩展最快,裂缝间的连通趋势最好,说明规则分布的构造裂缝组合,在垂直于外施加载衙时更易达到连通的目的。     

张力腿平台筋腱支撑浮筒结构设计研究

在张力腿平台筋腱与海底桩基连接后,需要筋腱支撑浮筒为筋腱提供足够的浮力,保证筋腱在平台运抵工作海域之前不会发生倾覆。针对南海油田自主研发的张力腿平台筋腱实际尺寸及设计要求,设计了适用于1 061 mm(40英寸)筋腱、500米水深的张力腿平台筋腱支撑浮筒,并对筋腱支撑浮筒主要受力进行了分析计算,根据所计算的载荷情况对关键部件进行了有限元仿真分析,验证了结构强度的可靠性,并得到了结构的应力集中点与最大变形点,为筋腱支撑浮筒的结构设计提供了参考。     

畸形波作用下张力腿浮式风力机动力响应特性

针对张力腿系泊浮式风力机的基础运动,忽略柔性构件的影响,建立气动—水动—系泊非线性耦合运动方程。在运动控制方程中包含张力腿系泊系统的非线性回复刚度,桨距角控制以及浮式基础运动对空气动力载荷的影响。在波浪载荷的计算中考虑二阶波浪载荷的作用。采用随机频率相位角调制法生成畸形波波面时历,计算在畸形波作用下张力腿型浮式风力机的动力响应特性。数值模拟结果表明,在畸形波作用下,浮式基础的运动及空气动力性能均受到了显著的影响。其中浮式基础的纵荡和纵摇运动分别受二阶差频与和频波浪力的影响,而垂荡运动的增加则主要是受下沉运动的影响。在畸形波经过的时刻,风力机的功率系数迅速下降,水平方向的风载荷波动先减小,随后其数值急剧下降,而垂直方向的风载荷波动增大。