亚临界区雷诺数下圆柱绕流场电磁力控制数值研究
尹纪富，尤云祥，李巍
(上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海 200240)
摘要：在亚临界区雷诺数下，采用脱体涡模拟方法对弱电解质中电磁力作用下圆柱绕流场及其升阻力特性进行了数值模拟与分析。结果表明，电磁力可以提高圆柱体边界层内的流体动能，延缓圆柱体近壁面流动分离，减弱绕流场中流向和展向大尺度涡的强度，减小圆柱体阻力及其升力脉动幅值；当电磁力作用参数大于某个临界值后，流动分离角消失，在圆柱体尾部产生射流现象，电磁力产生净推力作用，出现负阻力现象，而且升力脉动幅值显著减小且接近于零。
关键词：亚临界区雷诺数；圆柱绕流；电磁力；流动控制
尹纪富，尤云祥，李巍亚.临界区雷诺数下圆柱绕流场电磁力控制数值研究[J].海洋工程，2014，32（4）：1-10.
半潜式平台垂向运动对气隙影响的概率统计分析
冯雪磊，肖龙飞，寇雨丰
（上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海 200240）
摘要：应用矩和L矩方法以及二次转换方程，基于模型试验数据的概率统计分析，研究半潜式平台在作业工况和生存工况下的气隙响应，以及平台垂向运动对立柱周围不同位置处的波浪升高和气隙的影响。结果表明，垂向运动总体上能够增加气隙，海况越恶劣，增加程度越明显；在不同浪向下对不同位置的气隙影响有差别，后立柱周围的波浪升高和气隙受平台运动的影响相比前立柱更为显著；同时，平台垂向运动会引起立柱周围波浪升高的非线性增强。
关键词：半潜式平台；气隙；垂向运动；统计分析
冯雪磊，肖龙飞，寇雨丰.半潜式平台垂向运动对气隙影响的概率统计分析[J].海洋工程，2014，32（4）：11-17.
陡波型柔性立管浮力块参数优化及应用
丁鹏龙，李英，刘志龙
（天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300072）
摘要：浮力块分布和外径等参数直接影响柔性立管在环境载荷作用下的动力响应，对某深水柔性立管进行陡波型布置，开展时域内的整体动态有限元分析，得到浮力块分布和外径对柔性立管动力响应的影响规律，表明浮力块参数是陡波型柔性立管整体设计的一个重要因素。立管动力响应是弯曲加强器的设计载荷，根据上述规律，构造具有不同浮力块参数的柔性立管模型，进行多工况动态分析，通过对比弯曲加强器设计载荷对（T，θ）的散点图，得到弯曲加强器设计载荷优化方法及最优设计载荷。
关键词：柔性立管；整体动态分析；陡波型布置；弯曲加强器；浮力块参数优化
丁鹏龙，李英，刘志龙.陡波型柔性立管浮力块参数优化及应用[J].海洋工程，2014，32（4）： 18-23.
MPS方法数值模拟液舱晃荡问题
张雨新1，万德成1，日野孝则2
（1.上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院 海洋工程国家重点实验室，上海 200240；2.横滨国立大学 工学府，日本 横滨）
摘要：基于无网格粒子法MPS方法(moving particle semi-implicit method)研究了液舱晃荡问题。针对二维矩形液舱晃荡问题进行了数值验证，结果表明MPS方法能够很好地计算晃荡产生的拍击压力。同时，将MPS方法应用到带隔板的液舱晃荡问题计算中，分析了二维和三维带隔板液舱晃荡问题。计算结果表明：隔板的存在很大程度地限制了流体的水平运动，隔板附近出现了自由面的翻卷、破碎和融合现象，MPS方法能够很好地模拟这些流动现象。计算得到的波高与实验测得的波高吻合较好，表明MPS方法模拟带隔板的晃荡问题具有一定的可靠性。
关键词：液舱晃荡；移动粒子法(MPS)；拍击压力；自由面
张雨新，万德成，日野孝则. MPS方法数值模拟液舱晃荡问题[J]. 海洋工程，2014，32（4）：24-32.
圆弧板透空式防波堤消波性能试验研究
潘春昌，王国玉，任冰，王永学
（大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室，大连 116024）
摘要：提出了一种由多层圆弧板组成的新型透空式防波堤结构，并对其在二维规则波浪作用下的消波性能进行了物理模型试验研究。在不同入射波高条件下，对圆弧板和水平板透空结构的消波性能进行了比较分析，探讨了圆弧板间距和层数对圆弧板透空式结构消波性能的影响。研究结果表明，圆弧板透空式结构的消波效果优于水平板式透空结构，在相对宽度为0.2时，可以使透射系数达0.5以下。随着圆弧板间距从0.15 m减小到0.05 m时，消波效果逐步提升，而圆弧板的层数对结构的消波性能也有一定影响。
关键词：圆弧板；透空式防波堤；试验研究；消波性能
潘春昌，王国玉，任 冰，王永学.圆弧板透空式防波堤消波性能试验研究[J].海洋工程，2014，32（4）：33-40.
潮汐应变对长江口北槽枯季湍流混合与层化的影响
熊龙兵1，浦祥1，时钟1，胡国栋2，施慧燕2
(1．上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院 海洋工程国家重点实验室，上海 200030；2.长江水利委员会水文局 长江口水文水资源勘测局，上海 200136)
摘要：用TELEMAC-3D开展了长江口北槽2010年枯季条件下湍流混合与层化的有限元数学模拟研究。该模型在外海开边界设置了8个主要分潮，并在自由表面考虑了定常风的影响，利用北槽水域3个潮位站(横沙、北槽中、牛皮礁)和2个水文观测站(北槽中段CSW、北槽下段CS8)2010年枯季的潮位、流速及盐度观测资料对模型进行验证并获得了良好的精度，从而得到北槽水域纵向、平面流场和盐度场。模拟得到的流速、盐度被用来计算势能差异(φ)、势能差异变化率(∂φ/∂t)、Simpson数(Si)和梯度Richardson数(Ri)。结果显示：1)北槽水域大潮平均和小潮平均的势能差异的变化范围分别约为0～30J/m3和0～90J/m3，且较大的势能差异基本位于主航槽，这些表明北槽水体小潮的层化大约是大潮的3倍，主航槽的层化强于坝田区，而北槽中段往往具有更强的层化；2) 落急时刻，就北槽下段而言，潮汐应变、潮汐与风共同搅动引起的势能差异变化率的范围分别约为－20×10-4～100×10-4W/m3、0～100×10-4W/m3，这些表明，从大潮至小潮，潮汐应变总体增强而潮汐与风共同搅动总体减弱。空间上，主航槽丁坝附近的潮汐应变明显强于坝田区，潮汐与风共同搅动的强度在坝田区内、外也存在差异，导堤和丁坝的影响明显；3)对于北槽下段CS8站，大潮至中潮的Si数在0.15～0.4之间(介于下临界值0.088和上临界值0.84之间)，表明潮汐与风共同搅动占优，属于应变致周期性层化(SIPS)。小潮的Si数在0.9～1.5之间(高于上临界值0.84)，表明潮汐应变显著增强并占优，属于持续性层化；4)北槽下段CS8站梯度Ri数的量级范围在混合较好的表层和底层约10-3～10-2，在层化较好的中间水层约100～101。该站湍动能耗散率的量级范围大潮为10-3～10-9W/kg，小潮10-5～10-10W/kg，具有明显的M4周期性特征和涨、落潮不对称分布，且表层和底层分别由于风应力和底摩擦作用而具有较强的耗散，中间水层稳定层化区的耗散则显著减小，潮汐应变是造成湍动能耗散率在涨、落潮周期内不对称分布的重要因素。
关键词：湍流混合；层化；势能差异；潮汐应变；湍动能耗散率；长江口北槽
熊龙兵，浦祥，时钟，胡国栋，施慧燕.潮汐应变对长江口北槽枯季湍流混合与层化的影响[J].海洋工程，2014，32（4）： 41-57.
粉沙海床管道在联锁排防护下的冲刷试验研究
汪求顺，康海贵，孙英伟，莫仁杰
（大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室，大连 116024）
摘要：采用当地海床的天然粉沙进行试验床面的设计，对海底管道在实际海床受到的极限波浪和最大水流作用进行试验，在管道上方铺设混凝土联锁排，对联锁排块体稳定性和其对管道防护的有效性进行研究。通过物理模型试验，研究了在极限波浪和最大水流作用下，管道在粉沙床面最大冲刷深度。通过不同水深中波流条件下研究了混凝土联锁排防护效果及其周围床面的冲刷变化，观测了联锁排的稳定性。试验结果表明：按半经验半理论简化公式得出的联锁排厚度能满足稳定性的要求，比水利部规范计算的联锁排厚度偏大的公式更加适合应用，试验期间混凝土联锁排的排面稳定，能有效保护管道，在该防护下管道没有冲刷，只在联锁排上下游与床面接触的来流段和尾端有冲刷，但该冲刷深度不影响联锁排整体的稳定性。
关键词：海底管道；联锁排；冲刷深度；粉沙海床；极限波浪；稳定性
汪求顺，康海贵，孙英伟，莫仁杰.粉沙海床管道在联锁排防护下的冲刷试验研究[J].海洋工程，2014，32（4）：58-63.
江苏及邻近海域深水波浪与增水联合概率分析
谢冬梅1，2，陈永平1，2，张长宽2，李江夏2
（1.河海大学 水文水资源与水利工程科学国家重点实验室，南京 210098；2.河海大学 港口海岸与近海工程学院，南京 210098）
摘要：采用Gumbel Logistic模型对江苏及邻近海域深水极值波浪与增水进行了联合概率分析。首先对联合概率模型参数进行拟合，得到联合超越概率与经验联合超越概率比较图。在此基础上开展有效波高和增水年极值序列联合概率分析，比较了三种经验有效波高与增水重现期组合事件的联合概率，结果表明在选定的13个代表点位处，有效波高在二者的联合概率分布中处于主导地位，采用100年一遇有效波高与10年一遇增水组合事件作为100年一遇联合事件偏保守；而50年一遇有效波高与50年一遇增水以及10年一遇有效波高与100年一遇增水组合事件的联合概率则随着点位的移动而高于或低于100年一遇的水平。
关键词：江苏及邻近海域；深水波浪；增水；Gumbel Logistic模型；联合概率
谢冬梅，陈永平，张长宽，李江夏.江苏及邻近海域深水波浪与增水联合概率分析[J].海洋工程，2014，32（4）： 64-71.
浅基础地基荷载-变形特性的分析研究
罗强1，贾虎1，栾茂田2
(1.南阳师范学院 土木建筑工程学院，南阳 473061；2.大连理工大学 土木工程学院 岩土工程研究所，大连 116024)
摘要：在土体主应力方向的旋转过程中，主应力方向与塑性主应变增量方向之间存在着非共轴现象，非共轴现象对应力-应变关系具有显著的影响。通过有限元二次开发，将角点结构非共轴理论应用到有限元程序ABAQUS中；对密砂单剪试验进行数值模拟，研究了非共轴现象及其对应力-应变关系的影响；采用离心模型试验方法，对圆形浅基础作用下饱和密砂地基荷载-变形特性进行试验研究；对离心模型试验进行数值模拟，将试验结果与数值计算结果进行对比，对非共轴模型的计算结果的合理性进行验证。研究结果表明：非共轴现象对浅基础地基荷载-变形特性具有显著的影响；当选取合理的非共轴塑性模量时，非共轴模型的计算结果与离心模型试验结果比较接近。
关键词：浅基础；离心模型试验；非共轴理论；数值计算
罗强，贾虎，栾茂田.浅基础地基荷载-变形特性的分析研究[J].海洋工程，2014，32（4）：72-81.
渤海沿岸海冰单轴压缩强度的基本特性分析
王安良1，许宁2，季顺迎1
（1.大连理工大学 工程力学系，大连 116023；2. 国家海洋环境监测中心，大连 116024）
摘要：海冰单轴压缩强度是寒区海洋工程中的一个重要设计参数，也是影响海冰动力学行为的主要因素。在2008-2012年间的三个冬季，对渤海沿岸的海冰单轴压缩强度进行了现场与室内试验，由此分析了其在温度、卤水体积和应力率下的基本特征。测试结果表明，海冰单轴压缩强度与其温度呈幂函数关系，与卤水体积平方根呈指数关系，与应力率呈线性关系。此外还分别在不同温度与卤水体积下确定了海冰单轴压缩强度上包络限的变化规律。最后，综合考虑卤水体积和应力率的影响，对海冰单轴压缩强度分布特征进行了分析。以上研究有助于揭示渤海海冰基本力学性质，为冰区结构设计和海冰动力学分析提供参考依据。
关键词：海冰；单轴压缩强度；卤水体积；应力率；渤海
王安良，许宁，季顺迎.渤海沿岸海冰单轴压缩强度的基本特性分析[J].海洋工程，2014，32（4）： 82-88.
水下环肋圆柱壳弹性失稳临界载荷无损预报方法
陈忱，李天匀，朱翔，陈浩森
（华中科技大学 船舶与海洋工程学院，武汉 430074）
摘要：基于振动的水下环肋圆柱壳临界载荷的预报具有结构无损的优势。以Flügge壳体理论和基于正交各向异性理论的环肋圆柱壳自由振动方程为基础，运用波传播法得出耦合系统的频率方程，并求出对应外压下的固有频率，通过最小二乘法线性拟合获得临界载荷、外压及固有频率的关系表达式。绘图得知任意边界的同一模态下，水下环肋圆柱壳的固有频率平方与静水压力成正比。结构失稳时，刚度丧失，固有频率降为零，据此求出水下环肋圆柱壳的最小弹性临界载荷。分析了不同边界条件对环肋圆柱壳临界载荷的影响，得知边界约束越强，环肋圆柱壳的临界载荷越大。结果对比表明了本方法的正确性，为水下环肋圆柱壳的固有频率及临界载荷的理论计算提供了一种新的方法。
关键词：波传播法；环肋圆柱壳；临界载荷；固有频率；无损检测
陈 忱，李天匀，朱翔，陈浩森.水下环肋圆柱壳弹性失稳临界载荷无损预报方法[J].海洋工程，2014，32（4）： 89-95.
深海钻机盘式储芯机构动力学分析
郭勇1，2，罗柏文1，金永平1，万步炎1
(1.湖南科技大学 机械设备健康维护湖南省重点实验室，湘潭 411201；2.长沙理工大学 工程车辆轻量化与可靠性技术湖南省高校重点实验室，长沙 410004)
摘要：为确保储芯机构设计和工作的可靠性，对储芯机构的动力学特性进行了分析。首先，将转盘油缸的活塞杆等效为一滑块，两端的铰接耳等效为转动副，构建了活塞杆驱动储芯机构的动力学模型；其次，采用Simulink建立了活塞杆驱动储芯机构的仿真模型，并对该机构进行了运动学和动力学分析。仿真分析了储芯机构的运动规律，以及不同驱动速度下，铰接点和油缸受力的变化规律，给深海底钻机储芯机构运动参数的确定提供了指导，也为储芯机构关键部件的设计提供了理论依据。
关键词：深海钻机；盘式储芯机构；深海勘探；活塞杆；仿真
郭勇，罗柏文，金永平，万步炎.深海钻机盘式储芯机构动力学分析[J].海洋工程，2014，32（4）：96-103.
斋堂岛潮汐能发电动态脐带缆线型设计与分析
朱艳杰1，朱克强1，杨冰卡1，夏峰2，陈凯2，张永明2，钟科星2
（1．宁波大学，宁波 315211；2.宁波东方电缆股份有限公司，宁波 315211）
摘要：潮汐能是一种清洁能源，利用潮汐能发电是目前亟待开发的一种发电方式。潮汐能发电海上作业的主要输电装置是脐带缆，在浅水海域动态脐带缆随发电装置的运动幅度特别大。为了解决这一问题，采取了一种新的脐带缆敷设方式，锚缆连接的方式。利用Orcaflex软件进行模型建立和模拟计算，通过多次模拟和比较，得到脐带缆的最佳连接方式。
关键词：潮汐能发电；脐带缆；有效张力；曲率；斋堂岛；连接方式
朱艳杰，朱克强，杨冰卡，夏 峰，陈 凯，张永明，钟科星.斋堂岛潮汐能发电动态脐带缆线型设计与分析 [J].海洋工程，2014，32（4）： 104-109.
一个潮流不对称计算方法及其在北仑河口的应用
李谊纯
(广西科学院 广西近海海洋环境科学重点实验室，南宁 530007）
摘要：河口近岸海域潮流不对称对于物质输运、地形地貌变化有重要作用，因此研究河口近岸海域潮流不对称具有重要的意义。从统计学角度出发推导了一种潮流不对称的计算方法，并将该方法应用于全日潮类型的北仑河口。研究认为：从三阶原点矩出发推导的计算方法能够合理的量化潮流不对称；潮流不对称的方向由分潮的相对相位决定，不同分潮对潮流不对称的影响大小由其相对振幅和相对相位共同决定；在正规全日潮海区，三阶原点矩即可满足对潮流不对称的计算。北仑河口潮流表现为落潮流速占主导，潮流不对称空间上表现为口门强于外海，浅滩强于深槽。
关键词：潮流不对称；偏度；三阶矩；北仑河口；物质输运；潮波变形
李谊纯.一个潮流不对称计算方法及其在北仑河口的应用[J].海洋工程，2014，32（4）：110-116.
清水沟、刁口河流路联合运用方案比选
陈雄波，雷鸣，王鹏
（黄河勘测规划设计有限公司，郑州 450003）
摘要：按照“从上到下”的方法，分析刁口河再次启用的四种定位：备用流路、生态供水、同时行河和分洪通道，并确定流路运用规模。设计了该流路与现状清水沟流路联合运用的6个方案，根据各方案分流口上下游的河道冲淤特性，对黄河下游的反馈影响，行河费用，对生态环境的影响，对经济社会的影响等进行综合比选。最后提出：在2030年以后利津流量超过4 000 m3/s时将刁口河作为分洪通道、其余时间使用清水沟流路是推荐方案。
关键词：刁口河；顶层设计；反馈影响；分洪通道；推荐方案
陈雄波，雷鸣，王鹏.清水沟、刁口河流路联合运用方案比选[J].海洋工程，2014，32（4）：117-123.
海底三维声学图像实时处理系统设计
李志华1，2，李秋峦1
（1.杭州师范大学 信息科学与工程学院，杭州 311100；2.浙江大学 数字技术及仪器研究所，杭州 310027）
摘要：结合多核CPU硬件PC平台，设计了一种海底三维声学图像实时处理系统，主要包括声学前端信号处理子系统、数据传输控制子系统和PC客户端图像处理系统三个部分。声学前端信号处理子系统统根据接收到的多路声学换能器信号，通过两级FPGA信号处理，采集多通道水声信号，进行实时电子聚焦波束形成。为了解决海量声学数据快速传输问题，数据传输控制子系统未采用传统用户空间TCP/IP传输机制，而是直接通过嵌入式PowerPC处理器在Linux内核态采用DMA通道进行声学数据转发，减少系统调用和数据拷贝开销，有效提高网络传输效率。针对海量声学数据实时处理需求，PC客户端图像处理系统通过对复杂、耗时的单帧重建和数据拼接算法模块根据声学数据点的角度范围进行等分分割，对每个子范围声纳数据采用多线程并行处理，均衡多个CPU核之间负载，实现高性能三维声学图像实时处理。通过室内水池和湖试实验，结果表明该系统能够实时高效地进行三维声学图像采集、传输与处理。
关键词：三维声学；实时处理；图像重建；图像拼接；嵌入式系统；海底；水声探测
李志华，李秋峦.海底三维声学图像实时处理系统设计[J].海洋工程，2014，32（4）：124-130.
