不规则波下船舶运动响应特征数值分析

针对不规则波浪作用下Wigley型船的运动响应问题进行了系统的研究,采用统计学方法深入探讨了船舶不规则运动幅值和响应周期的分布规律,并通过傅里叶变换对船舶运动响应进行了频谱特征分析。结果表明,船舶横摇方向与升沉和纵摇方向随机运动的响应特征有显著差异。在升沉与纵摇方向,波浪谱峰频率远离自振频率,前十分之一大振幅运动对应周期离散性较小,基本稳定在波浪谱峰周期附近,但小振幅运动周期分布离散性较大,频谱分析指出船舶升沉与纵摇运动响应频谱在波浪谱峰频率附近出现明显峰值。而在横摇方向,波浪谱峰频率与自振频率相耦合,不同振幅的横摇运动响应周期均稳定在自振周期附近,且周期离散性较小,频谱分析也表明横摇运动响应频谱主要集中于船舶运动自振频率附近。     

时域反射仪（TDR）测定土壤含水量标定曲线评价与方案推荐

时域反射仪（Time Domain Reflectometry）可用于室内和田间快速、 准确、 自动测定土壤含水量, 是目前应用最广泛的土壤含水量测定方法之一。适宜的土壤含水量标定曲线（即土壤表观介电常数和土壤含水量之间的关系）是TDR准确测定土壤含水量的关键。目前文献中存在大量的土壤含水量标定曲线, 但尚未有研究对这些标定曲线进行系统的验证和分析评价。因此, 它们的准确性和适用范围尚不明晰, 严重影响到与土壤含水量测定相关的研究。通过查阅大量国内外文献, 收集整理了一系列土壤含水量标定曲线的经验公式（19个）和半经验半物理模型（5个）, 并利用大量的文献实测数据对其进行综合评价。同时运用均方根差（RMSE）, 平均误差（AD）, 纳什效率系数（NSE）等三个指标对比分析和评价这些标定曲线的准确性和可靠性。研究结果表明： 经验公式中Topp、 Roth（1992）2、 Jacobosen、 Yoshikawa2、 Alharathi模型和半经验模型中Malicki1公式及其修订模型综合性能较好。研究成果可为利用TDR准确测定土壤含水量及土壤含水量标定曲线的选择提供参考和指导。     

一种实时场地校正方法及其在地震预警中的应用

地震预警系统对地震数据处理的实时性要求极高。其系统数据来源除布设在基岩的测震台站外,还有大量非基岩场地的强震动台站和地震烈度仪台站,其场地影响不容忽视。为了考虑震级估算和地震动场预测中的场地影响,需实时对各种场地条件下的地震波形进行校正。目前处理一般使用某个标量来表征场地放大效应。本文采用一种实时的场地校正方法,首先计算目标场地与参考场地的谱比,然后通过最小二乘法、双线性变换将谱比转化为因果递归的无限冲激响应(IIR)时域滤波器,之后可以应用该滤波器进行实时场地校正。该方法考虑了场地放大系数的频率依赖性,相比于标量校正提高了准确度。应用我国四川和日本部分强震动台站记录,验证并讨论了这种实时场地校正方法在地震预警中的应用效果。     

SH波水平入射穿越垂直断层隧道动力响应分析

结合黏弹性人工边界的时域波动输入方法和显式有限元法,设计了含垂直断层三维场地的SH波输入方法。基于建立的输入方法,研究了垂直断层对隧道地震响应的影响,并通过自由场算例验证了该方法具有较好精度。数值模拟结果表明:对于断层迎波侧的隧道结构,断层会对其地震动响应产生显著的放大作用,对于断层逆波侧的隧道结构,断层会对其产生隔离地震动的作用;相对周围围岩,断层介质的剪切波速越小,其产生的放大效应和隔震效果也会越显著;断层宽度越小,其对隧道地震动响应的影响范围也就越小,但是断层宽度的变化对于断层两侧隧道的地震动响应的影响并不明显。     

关于土层地震反应分析中阻尼矩阵建模方式的讨论

阻尼矩阵的选择对土层时域内地震反应计算的准确性有重要意义。本文构造了质量比例阻尼、刚度比例阻尼、Rayleigh阻尼、Caughey阻尼和Clough阻尼矩阵,研究各阻尼对土层地震反应分析精度的影响。以苏通大桥5号桥塔基础处的工程场地为例,分别以人工合成基岩波,Northridge波、Parkfield波和汶川波为输入,得到不同阻尼模型下土层的地震反应,结果表明Clough阻尼在计算精度和误差稳定性上要优于其他阻尼模型,针对Clough阻尼的不足之处提出了改进方法,算例表明改进后的Clough阻尼能在保证计算精度的前提下减少计算机的存储量和计算量。     

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。     

一种基于环境噪声的被动测深方法

研究利用环境噪声进行水深探测的一种被动测深的方法。基于阵列信号处理,应用时域格林函数恢复原理,获取被动接收阵中接收信号所隐藏的时延信息,探索利用垂直海底传播的海洋环境噪声可实现水深探测的原理,建立了基于二元垂直阵的被动测深数学模型,分析了水听器接收到的环境噪声直达波及海底反射信号的时延与水听器阵列尺寸及海底深度间的数学关系,推导了深度解算理论公式。计算机仿真及水池实验验证了方法的有效性,为被动水深探测提供了一种新的技术途径。     

考虑卷积完全匹配层数值色散的井间电磁三维正演

本文将以卷积完全匹配层为吸收边界条件的时域有限差分法应用到井间电磁的三维正演模拟中.证明了卷积完全匹配层中的数值色散会因为有效延伸因子而产生,列举常规有效延伸因子和网格间距对电磁波相速度各向异性的影响,并通过波场快照验证卷积完全匹配层中数值色散的存在;进而推广三维卷积完全匹配层中最大有效延伸因子、最大网格间距与激励源主频之间的约束,以此完善卷积完全匹配层的最优参数设置方案.在此基础上,通过正演结果中二次场的垂直磁场分量和走时来展示灵敏度分布,以此划定井间电磁勘探的优势区域,提出井间电磁正反演所需要的约束测井系列和最佳取井方案.     

深厚场地地震响应中阻尼矩阵形式的影响分析

深厚覆盖土层地震响应时域分析中阻尼矩阵形式的选取十分重要。本文基于滞后阻尼比和振型阻尼比构造了6种不同的比例阻尼矩阵形式,研究其对深覆盖土层地震响应的影响。以上海某一实际深厚覆盖土层为算例,分别以人工合成基岩地震波、汶川地震时上海佘山记录的基岩地震波为输入,得到6种阻尼矩阵形式下不同深度处的土层地震响应,并以频域解为基准解进行比较。研究结果表明,阻尼矩阵形式对加速度结果的影响程度比位移结果要大,运用同一种阻尼矩阵形式所得结果误差和输入地震波频谱特性有关。地震波自身的频谱特征对阻尼矩阵形式的选取有一定影响,建议综合考虑地震波的频谱特征和场地土层特性来构建合适的阻尼矩阵以获得合理的结果。     

利用重叠加窗方式恢复地面运动

在频率域,利用地震记录反卷积恢复地面运动,由于FFT运算导致的谱泄漏与系统传递函数对高频与低频的放大效果会导致地面运动恢复失败,本研究采用重叠加窗方式,可避免单一加窗的时域失真,并减小频域谱泄漏。结果表明,恢复地面运动取得了较好效果。