海洋原油外输软管拉伸刚度影响参数研究

海洋原油外输软管广泛用于海上FPSO和油轮的原油外输,软管在海洋环境作用下会受到轴向拉力,拉伸刚度是影响轴向受力的关键结构性能参数。根据《API SPEC 17K》标准和《GMPHOM2009》规范的要求,需要确定软管的拉伸刚度。基于Rebar方法定义海洋原油外输软管的帘线增强层,利用有限元软件ABAQUS建立某国产海洋原油外输软管的轴向拉伸模型,并计算不同结构参数条件下的软管拉伸刚度。计算结果表明：帘线增强层是海洋原油外输软管的主要抗拉伸结构层,帘线铺设角度越小其拉伸刚度越大,软管抗拉伸能力对帘线层数比较敏感,帘线层数越多软管抗拉伸能力越强;螺旋钢筋层的钢筋直径和螺距在一定程度的拉力范围内与软管的拉伸刚度保持良好的线性关系,软管的拉伸刚度随着钢筋直径的增大而增大,随着螺距的增大而减小。研究结果可为海洋原油外输软管的结构设计和实际应用提供参考。     

周向变刚度环肋圆柱壳应力分析研究

采用大曲率梁理论和弹性基础梁带理论,建立潜艇特殊舱段结构的力学模型。利用能量法求出肋位处耐压船体壳板中面周向应力。建立环肋圆柱壳微分方程并根据边界条件求解,得到周向变刚度环肋圆柱壳应力计算方法。通过理论分析和模型试验验证了本计算方法。     

功肋圆柱壳结构壳板稳定性研究

讨论了环肋圆柱壳壳板稳定性解析法与有限元法计算结果的差异，分析了造成差异的原因，给出了对解析法公式的修正方法。     

环肋圆柱壳结构壳板稳定性研究

讨论了环肋圆柱壳壳板稳定性解析法与有限元法计算结果的差异,分析了造成差异的原因,给出了对解析法公式的修正方法。     

球形波浪浮标结构参数对其升沉运动性能的影响

对球形波浪浮标进行了静力学分析,并结合球形波浪浮标吃水线的一般设计要求得出了球形波浪浮标的平均密度与海水密度的关系式。利用球形波浪浮标在受到波浪激励时的运动响应方程并结合球形波浪浮标的结构参数特点,得出了球形波浪浮标在波浪激励下的升沉运动振幅与激励波浪振幅相一致的理论条件和结构参数。以国家海洋技术中心最新研发的直径480 mm球形波浪测量浮标为研究对象,结合海洋表面波分类特征,研究了该球形浮标体在常规波浪激励下的升沉运动响应的相关性能,并给出了在测量不同周期的波浪时,该球形浮标体升沉运动的理论响应振幅系数。通过以上分析得出了直径480 mm球形波浪测量浮标在测量周期为1 s以上的波浪时具有非常优越的随波浪升沉运动的性能。文章的相关分析为球形波浪浮标的进一步研究提供了理论基础。     

海洋结构地震响应及参数的影响

本文采用自由度凝聚方法和响应谱方法分析海洋导管架式固定平台的动力特性及其地震响应,还初步考察了桩基刚度、平台荷重分布等参数变化的影响。此外,本文还对堆聚质量法和自由度凝聚法计算的结果进行了比较。     

垂向混合参数化方案对模拟黄海夏季上层温度结构的影响研究

采用POMgcs(Princeton Ocean Model with generalized coordinate system)和MITgcm(MIT General Circulation Model)两个海洋数值模式,研究了M-Y2.0、基于固壁近似假定的M-Y2.5、基于波浪破碎作用的M-Y2.5和KPP 4种垂向混合参数化方案对模拟黄海夏季上层温度结构的影响。结果表明,M-Y2.0和基于固壁近似假定的M-Y2.5方案低估了黄海上层的湍动能,模拟的黄海夏季温度上混合层的效果与实测相比均偏浅,不能够很好地重构黄海夏季温度的垂直结构。而基于波浪破碎作用的M-Y2.5和KPP方案均可以增加海洋上层湍动能的输入量,模拟的黄海夏季温度上混合层的效果与实测较为一致。故推测黄海夏季的上层结构是受波浪混合和流场剪切等物理机制共同调节的,若通过合理的垂向混合参数化方案将这些物理机制的作用加以体现,将会较真实地模拟和重构出黄海夏季海温上层结构。     

基于多变量分析的环肋圆柱壳结构特性研究

为了从整个可行解空间研究圆柱壳结构特性,采用全因子试验设计获得变量范围内的可行解空间,通过相关理论推导计算得到不同结构形式圆柱壳的强度、稳定性以及振动频率等指标。采用相关性分析、主成分分析以及变量聚类分析方法根据可行解空间的数据对环肋圆柱壳强度、稳定性、振动频率之间以及这些属性与设计变量之间的关系进行研究。采用相关系数矩阵图、主成分分布图以及谱系聚类图将多变量分析的结果可视化。对可视化结果进行分析发现了圆柱壳结构属性之间的矛盾性,变量、属性之间的相似性和关系的复杂性。通过多变量分析得到的相关结论能够作为实际工程设计的参考。     

支撑刚度对水平板波浪冲击压力影响

上部结构位于浪溅区及由弹性桩腿支撑的海洋结构物,如海上栈桥和海洋平台等,在恶劣海况下会受到强烈的波浪冲击作用并产生振动响应。通过物理模型实验研究了波浪对三种不同支撑刚度的结构物冲击作用。分析了不同支撑刚度结构物底面冲击压力和冲击力的变化特性。讨论了支撑刚度对结构波浪冲击力的影响,给出了冲击压力和冲击力随相对净空(s/H)和相对板长(B/L)的变化规律。实验分析结果表明:水平板底面波浪冲击压力与冲击力均随弹性支撑刚度K的增大而增大;随相对净空(s/H)的增大先增大后减小;随相对板长(B/L)的增大而减小。     

整体拼装双向预应力板结构试验研究

高桩结构是码头工程普遍采用的一种结构形式,多年来,码头上部结构耐久性受到挑战,对新型的整体拼装双向预应力板结构进行了模型试验研究,结果显示所提出的设计方案、施工工艺和方法是可行和可靠的,并提出了混凝土结构模型试验的相似准则,从而可根据模型试验所得的荷载能力来估算原型结构荷载能力的方法。     

单齿破碎参数对水合物切削力影响规律研究

在海洋天然气水合物的机械采掘过程中,单齿破碎参数是影响整个绞吸头采掘效率的重要因素,掌握单齿破碎参数对切削力的影响规律对于整个水合物开采系统具有重要的意义。本文基于水合物破碎替代试样开展绞吸单齿切削实验,研究在不同几何参数与不同切削深度下单齿破碎切削载荷变化规律;基于D-P岩石破坏准则建立三维正交切削单齿切向力和法向力的解析式;并建立ABAQUS有限元分析模型,以实验数据进行验证,开展正交模拟实验,优选单齿几何参数与切削深度。结果表明:切削深度和刀齿宽度与切削载荷呈正相关,两者分别在15 mm和3 mm时,增大了对切削载荷的影响;前角与切削载荷呈负相关,且随自身的增大,对载荷的影响减小;仿真与实验结果拟合良好,前角对切削比能有着显著的影响,刀齿宽度和切削深度对切削比能基本无影响;最优组合为α=60°、d=9 mm、W=25 mm。该研究为水合物绞吸头单齿的设计和绞吸开采参数的制定提供了理论支撑。     

海底反射参数对平均场强结构的控制

海底的反射性能是影响水声传播的重要环境因素。无论从海洋声场予报角度或水声信道匹配角度都需要对海底的反射性能作切合实际的简化描述。对声场分析而言,参数化描写是常用的手段。以前曾采用最简单的“单参数”与“双参数”模型来分析声场规律^[1-4]。这些模型的缺点是没有反映出反射损失的全部掠角关系的主要特征,而只注意了小掠角的局部特征,因而近场与远场难於衔接。在文^[5]中,我们根据大量实测数据的一般趋势,提出了“三参数”模型进行平均声场的分析,基本上克服了这一困难。并给出由“过度距离”标定的场强结构。     

外定标中海面参数对发射率影响研究

星载微波辐射计外定标的关键问题是通过辐射传输方程计算天线入瞳处亮温。根据辐射传输方程,海面成份对亮温的影响包括海面的微波辐射和对下行大气辐射的反射,其中的关键参数分别为海面发射率ep和海表面反射率R。文中对平静海面Fresnel反射率模式和粗糙海面反射率模式进行了研究分析,在此基础上着重研究了海面温度TS、海面盐度SS、海面风速W、以及观测角度θ等物理参数对海面发射率ep的影响,进而分析了这些物理参数的测量误差对亮温的计算精度的影响。     

单桩基础海上简易平台结构刚度分析

单桩基础简易平台结构是适用于浅海边际油田开发的一种简易平台形式,其上部甲板由单一钢桩支撑,单桩基础同时作为隔水套管使用,设计一筒双井。针对单桩基础的结构特点,对结构刚度这个关键问题进行了分析和研究,研究内容包括单桩基础结构形式、桩基嵌固深度、桩基础直径和壁厚、桩基础入泥深度等,最终确定了适用于渤海湾边际油田开发的单桩基础平台结构基本参数。     

利用消去刚度法进行剪切型系统物理参数识别

提出了 1种能够比较准确地识别剪切型体系的结构参数 (各层质量和层间刚度 )的方法———消去刚度法。该方法从剪切型结构体系的特征值问题出发 ,利用剪切型结构系统质量矩阵和刚度矩阵的特殊形式 ,通过消去各层的刚度系数 ,得到了结构系统的各层质量比表达式。在结构总质量已知的情况下 ,仅利用系统的任意两阶模态信息就可以确定出各层质量 ,并进而计算出层间刚度 ,实现了结构物理参数的递推识别。数值模拟结果表明 ,该方法识别精度较高 ,便于工程应用 ,可以用于类似结构体系的物理参数的初步估计。     

套筒参数对T型管节点受力特征的影响研究

在外界荷载作用下,管节点由于截面突变、应力集中等原因,往往在远低于其设计承载能力时发生破坏,本文针对这一现象,借鉴多高层钢结构建筑节点相关成果,对T型管节点端部采用套管进行加强,以达到改善应力集中、提高承载能力的目的。本文采用ansys软件研究了17个模型在轴向力作用下的极限强度变化规律,比较了用钢量与承载能力之间的对应关系,详细分析了加强套筒长度及厚度等参数对T型管节点极限强度的影响,成果表明采用套筒加强的方法,可大幅提高T型管节点的承载能力,且节点对套筒长度的变化更为敏感。     

不同刚度植物杆群对规则波传播及紊动特性影响研究

以不同刚度硅胶圆杆群为概化植物模型,测定其抗弯弹性模量,通过波浪水槽实验,研究规则波在不同刚度植物杆群内的流速分布、紊动特征及不同刚度杆群的消浪效果。实验结果表明,当波浪通过柔性杆群时,受其摆动的影响,流速周期变化从单峰型逐渐转变成双峰型,杆群刚度越小形成的二次波峰越明显;不同刚度杆群内水体紊动强度变化显示,杆群刚度越大,造成杆群内水体的紊动强度越大;随着杆群抗弯弹性模量的增大,其消浪系数也增大,消浪系数的增长与材料的抗弯弹性模量值非线性关系,而是在某一弹性模量范围内,对消浪系数的影响较为敏感。     

绿潮暴发对浮游动物群落结构影响研究

本调查于2016年和2017年的5月、8月,对日照近岸海域浒苔暴发区进行了4个航次的浮游动物断面调查。4个航次中,2016年和2017年5月航次获得的种类数要明显低于同年8月航次,而平均丰度和湿重生物量均高于同年8月航次。造成这种情况的原因可能是调查海域8月浒苔暴发结束,浒苔的消亡过程会大量消耗营养盐,导致水体中营养盐含量下降,进而影响到其他浮游植物和浮游动物的生长。应用PRIMER软件中的单变量分析得到群落种数(S)、丰富度(d)、香农-威纳指数(Shannon-Weaner index)(H′)和均匀度(J),从多样性指数分析可以看出,5月航次的生物多样性均劣于同年8月航次。不同年度相同季节航次中出现的优势种极其相似,而不同季节航次出现的优势种则大不相同。     

海洋平台结构模态参数识别的仿真研究

将特征系统实现法(ERA)与CBSI算法相结合识别海洋平台结构的模态参数(固有频率,阻尼比,振型),利用有限的加速度信号进行结构模态参数识别。海洋平台结构数值模型模拟的动力响应信号用于参数识别。所识别出的海洋平台模态参数与有限元ANSYS分析所得的结果相比较,表明运用本文所提出的方法进行模态参数识别是有效的。     

仿生胸鳍的三维尾涡结构与参数影响分析

为研究仿胸鳍推进的机理和流体动力特性及缩小机器鱼与生物原型之间的性能差距,利用浸入边界法数值模拟了做耦合旋转运动胸鳍的非定常绕流问题。详细探讨胸鳍非定常运动的三维尾涡结构演化和推进机理,并开展胸鳍推进性能与尾涡结构的参数影响分析。结果表明:迎流面在背、腹侧边缘及鳍梢部显著涡旋结构的作用下所出现的低压力区,加之鳍表面和上游来流之间好的垂直度共同造成了在动力划水阶段的高推力;在恢复划水阶段的高升力与背侧边缘涡强度的持续增加,以及因鳍表面倾斜而引起的水动力被分解到竖直方向的比重提升有关;胸鳍尾流场被一个三维双环涡结构所支配;当前的模拟为仿胸鳍推进建立了一个最优的斯特劳哈尔数St范围(在0.55附近),在此之后平均推力仍随St的增大而增加,而推进效率则表现出一个缓慢降低的趋势;当前后拍动与纵倾运动之间的相位差为90度时,胸鳍同时取得最佳的推力和效率。