适用于曲边界的浅水非线性波浪数值模型
张俊生，滕 斌
（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:实际工程中存在大量的曲边界，因此在曲边界上的计算准确性可以考察出一个数值模型的实用价值。利用Beji的改进型Boussinesq方程建立了一个有限元方法的数值波浪模型。造波方面采用Fenton提出的非线性规则波浪解；在墙边界处，以求解法线方向和切线方向的速度和导数代替求解x、y方向的速度和导数，从而使边界条件直接适用、严格满足，保证了对曲边界计算的准确性。“重开始广义极小残量法”的使用保证了求解方程组的效率和精度，使造波和边界处理方法的有效性和准确性得到了合理地诠释。通过与试验数据、他人数值结果、解析解的比对，显示出该模型计算稳定、结果准确，真正体现出了有限元方法对曲边界适用的优势。
关键词:浅水非线性波浪；曲边界；有限元方法；造波与波浪传
张俊生，滕斌.适用于曲边界的浅水非线性波浪数值模型[J].海洋工程，2015，33（3）:1-9.
波浪与外壁透空双方形沉箱相互作用
岳景云1，何翊钧1，庄世璇2，刘恩昊3
（1. 台湾海洋大学 河海工程学系，基隆 20224； 2.麦克海卓科技有限公司，台中 42080； 3.宏华营造股份有限公司，高雄 72252）
摘要:在线性波浪理论下，利用复合边界元素法(composite BEM)数值解析在等水深、规则波浪入射二种外壁透空双方形沉箱的无因次波力及Kd绕射分布图，并分别与其他研究者所作双圆筒内、外圆柱无因次波力及绕射分布图的计算结果进行比较，都说明本模式的合理性和可行性。在考虑不同透水参数下，分别计算波浪作用在内、外结构物的波力及沉箱四周绕射系数大小分布图。计算结果显示：波浪作用于外壁透空全透水双方形沉箱，外方柱无因次最大波力值会随着透水参数增加而降低；内方柱无因次最大波力值则随着透水参数增加而增加。本研究结果可供设计外海透水方形沉箱结构交互作用参考。
关键词:复合边界元素法；方形沉箱；无因次波力；防波堤
岳景云，何翊钧，庄世璇，刘恩昊.波浪与外壁透空双方形沉箱相互作用[J].海洋工程，2015，33（3）:10-18.
卷管铺设的海管曲率模型及残余应力计算
张九菊1，2，段梦兰2，3，胡显伟4
（1．北京石油化工学院 机械工程学院，北京 102617；2．复旦大学 力学与工程科学系，上海 200433；3．中国石油大学（北京） 海洋油气研究中心，北京 102249；4．中国石油天然气勘探开发公司，北京 100034）
摘要:弯曲曲率是使用卷管铺设时首要控制的参数之一。通过对海管的上卷加载、完全卸载、退卷加载及再次卸载等过程的弹塑性分析，建立了各个阶段的曲率模型，并推导了海管完全卸载时残余应力的解析解。在此基础上，分析了曲率、曲率比、残余曲率比及残余应力等参数的影响因素，得到了卷管铺设中海管的最优弯曲曲率及海管截面上的残余应力分布规律，并提出了基于弹塑性理论的海管的残余曲率及残余应力的控制建议。
关键词:残余应力；残余应变；弯曲曲率；弹塑性变形；海底管道；卷管铺设
张九菊，段梦兰，胡显伟.卷管铺设的海管曲率模型及残余应力计算[J].海洋工程，2015，33（3）:19-28.
点蚀损伤下桩基式平台腿柱轴压极限承载力研究
王仁华1，2，方媛媛3，窦培林3，林振东3
(1.江苏科技大学 土木工程系，镇江 212003；2. 江苏现代造船技术有限公司，镇江212003；3.江苏科技大学 船舶工程系，镇江 212003)
摘要:采用圆柱体点蚀损伤模型，建立含细观尺度点蚀损伤的桩基式平台腿柱多尺度精细化数值模型，研究壁厚损伤度、点蚀损伤强度以及点蚀体积损伤强度影响平台腿柱轴压极限承载力的规律。研究结果表明，壁厚损伤度及点蚀损伤强度明显削弱平台腿柱的极限强度，且随点蚀损伤强度增大壁厚损伤度的影响加剧；点蚀体积损伤强度由于综合考虑了壁厚损伤度和点蚀损伤强度的耦合因素，相比于独立考虑后两者，其更能合理地描述点蚀损伤对平台腿柱极限强度的影响，故点蚀体积损伤强度体现了点蚀损伤的关键特征。本方法不仅适用于研究点蚀损伤构件的极限承载力，其所提出的点蚀损伤模型的构建方法，可拓展于研究受点蚀损伤的整体平台结构的极限承载力，且确定点蚀体积损伤强度为描述点蚀损伤特征的关键参数后，有望将其用于修正点蚀损伤平台腿柱的承载力设计公式。
关键词:桩基式平台；腿柱；点蚀损伤；剩余强度；非线性分析；极限承载力
王仁华，方媛媛，窦培林，林振东.点蚀损伤下桩基式平台腿柱轴压极限承载力研究[J].海洋工程，2015，33（3）:29-35.
内转塔式单点系泊系统设计方法研究
白雪平，李达，范模，易丛，邹星
（中海油研究总院，北京 100027）
摘要:以南中国海恩平24-2油田开发工程为背景，针对南中国海海域恶劣环境条件，提出了新建单点系泊系统的总体方案规划与设计方法，为工程总承包（EPCI）提供技术支持，并确定了适用于恩平24-2油田开发的单点形式——带解脱装置内转塔式永久单点系泊系统。首先针对恩平24-2油田海域特征，规划出最适宜的单点总体布置，然后根据油田环境参数，提出了内转塔式单点系泊系统（包括浅水系泊系统、动态立管和动态电缆）的设计方法并对其系泊系统进行分析。研究结果可以看出内转塔式单点系泊系统设计方法对于环境恶劣海况下的单点设计具有指导意义，并能为国内单点的技术发展积累设计经验。
关键词:南中国海；内转塔式系泊系统；总体规划；设计方法；恩平24-2；FPSO
白雪平，李达，范模，易丛，邹星.内转塔式单点系泊系统设计方法研究[J].海洋工程，2015，33（3）:36-42.
浮式探测器拖曳状态预测分析
于升杰，李英辉，张裕芳
（上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海 200240）
摘要:引入升级拉格朗日方法，描述浮式探测器拖曳系统在收\放缆及定长拖曳阶段系缆上质点的运动情况。结合凝集质量法建立变缆长拖曳系统的动力学模型。仿真算例中浮式探测器无自主动力，其阻力系数已通过拖曳水池实验得到。仿真计算了不同拖曳航速及放缆速度情况下，各个阶段时拖缆的构型以及探测器的运动响应。讨论了拖曳速度和放缆速度对探测器运动的影响。本方法为浮式探测器的运动预测提供了理论依据。
关键词:升级拉格朗日方法；变缆长；浮式探测器；运动响应；拖曳系统
于升杰，李英辉，张裕芳.浮式探测器拖曳状态预测分析[J].海洋工程，2015，33（3）:43-48.
深海设备回收过程运动响应研究
周清基，余建星，杜尊峰，梁静
（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:针对深海油气设备回收过程中通过深水区、波浪区以及出水阶段，建立水面起重船—吊缆—回收设备系统耦合运动数学模型。分析起重船和回收设备运动受力情况，推导相应的运动方程，并通过数值求解，分析起重船垂荡及纵摇的变化曲线，回收设备垂向位移变化曲线及吊缆张力变化曲线，考察起重船在波浪中运动对吊缆及回收设备产生的影响。通过工程实例进行计算分析，结果表明，在深海油气设备回收过程中，设备通过深水区时整个耦合系统处于相对比较安全的状态，而设备出水前及出水过程是回收作业较为危险阶段，此时应避免吊缆由于突变载荷作用发生断裂的情况。
关键词: 深海设备；回收过程；耦合系统；运动响应
周清基，余建星，杜尊峰，梁静.深海设备回收过程运动响应研究[J].海洋工程，2015，33（3）:49-56.
浮式风机极限载荷与疲劳载荷对比分析
张友文，王迎光
（上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院，上海 200240）
摘要:根据IEC61400-3设定工况，采用NREL开发的5 MW风机基础模型，应用FAST，以Aero-Hydro-Servo-Elastic耦合仿真技术对风机进行研究。对时域仿真得到的短期载荷，应用分块极大值法联合Gumbel分布外推计算风机极限载荷；以雨流计数法、线性累积损伤理论和S-N曲线为理论基础应用MLife软件，计算风机疲劳载荷。对比分析不同工况下浮式风机、近海单桩风机和陆上风机的极限载荷与疲劳载荷，进而探讨影响浮式风机动态响应的因素。结果表明，对于陆上风机和近海单桩风机，风是其主要载荷来源；而波浪是浮式风机主要载荷来源。对风机进行设计要根据特定海域统计的海洋气候条件，避免风机及其支撑结构的固有频率与波浪频率近似而产生共振；风机制造装配在一定误差范围内，质量不平衡对风机载荷几乎没有影响。
关键词: FAST；浮式风机；极限载荷；疲劳载荷；质量不平衡
张友文，王迎光.浮式风机极限载荷与疲劳载荷对比分析[J].海洋工程，2015，33（3）:57-62.
基于分形插值方法的长江口深水航道回淤量计算
潘昀，窦希萍，焦增祥，王玉丹，丁磊
（南京水利科学研究院 港口航道泥沙工程交通行业重点实验室，南京 210029）
摘要:基于分形插值方法在时间尺度上对长江口12.5 m深水航道2011至2013年的回淤量进行研究。分析垂直尺度因子对年回淤量的影响，给出年回淤量的计算公式，预测和评估长江口航道的年回淤量。研究结果表明，分形插值可以较好的反映长江口12.5 m深水航道的月回淤量的变化，通过调整垂直尺度因子，可以得到包含动力和泥沙特性在内的综合因素对深水航道年回淤量的影响。基于分形插值方法构建了长江口深水航道年回淤量计算公式，可以依据垂直尺度因子di对长江口航道年回淤量进行相对准确的预测和评估。确定了垂直尺度因子的变化范围为-0.12至0.20，进而得到近些年的年回淤量的变化范围为8 023.7×104m3至10 303.2×104 m3，其最小回淤量为6 580×104m3。
关键词:分形插值；长江口；回淤量；垂直尺度因子
潘昀，窦希萍，焦增祥，王玉丹，丁磊.基于分形插值方法的长江口深水航道回淤量计算[J].海洋工程，2015，33（3）:63-70.
液舱三维晃荡运动二阶共振理论解及特性分析
杨小岩1，张洪生1，吴鹏飞1，2
（1. 上海海事大学 海洋科学与工程学院，上海 201306； 2.上海交通大学海科集团有限公司，上海 200231）
摘要:从无旋运动的理论出发，并利用微扰法，推导了液舱三维晃荡运动二阶共振问题的理论解。考虑纵荡和横荡运动情况，对液舱三维晃荡二阶共振问题进行了分析。当两个晃荡方向的和频（即其外部激发频率的和）或差频（即其外部激发频率的差值）等于液舱固有频率时，二阶共振发生；当某一晃荡方向（横荡或纵荡）外部激发频率与另一晃荡方向（纵荡或横荡方向）液舱某一固有频率的和或差值等于液舱另一固有频率时，二阶共振也会发生。进一步研究了各个二阶共振激发频率下水深变化对晃荡振幅的影响。结果表明，对于两个晃荡方向外部激发频率的和频和单一晃荡方向（纵荡或横荡）某一个激发频率与另一晃荡方向（横荡或纵荡）某一个属于奇模的固有频率的和频所引发的共振情况，水深变化对共振振幅大小的影响比较大；而对于相应差频所引发的共振情况，水深变化对共振振幅大小的影响比较小。关键词:晃荡运动；二阶共振；液舱晃荡；激发振幅；粘性；船舶
杨小岩，张洪生，吴鹏飞.液舱三维晃荡运动二阶共振理论解及特性分析[J].海洋工程，2015，33（3）:71-79.
随机波作用下海床动态响应分析
张军1，2，江俊达2，华莹2，周香莲1，2
(1.上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海 200240；2.上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院 海洋岩土工程研究中心，上海 200240)
摘要:真实的海洋波浪是随机的，而前人对海床的动态响应分析大都是选用线性波或者Stokes波理论，对海床的模拟大都采用Biot拟静力模型，忽略了流体速度及土体位移加速度的影响。联合使用Longuet-Higgins随机波模型（采用Jonswap谱）以及动力u-p形式的海床响应计算模型，使用COMSOL Multiphysics多场耦合软件的PDE模块输入方程进行有限元计算，得到随机波作用下整体海床动态响应结果。将随机波结果与一阶Stokes波和椭圆余弦波结果进行对比，并对渗透系数和饱和度进行参数分析，研究表明渗透系数和饱和度对于随机波作用下海床动态响应影响显著。
关键词:随机波；海床；动态响应；参数分析
张军，江俊达，华莹，周香莲.随机波作用下海床动态响应分析[J].海洋工程，2015，33（3）:80-85.
荔湾3-1外输海底管道中落管抛石技术
王猛，孙国民
（海洋石油工程股份有限公司，天津 300451）
摘要:落管抛石是进行深水抛石的一种工程技术，可作为保证管道稳定性、处理悬跨、抑制隆起屈曲和进行跨越支撑的工程解决方案。系统研究了抛石在波流作用下的稳定性，落石对管道冲击的影响以及施工技术。针对南海环境条件下的抛石稳定理论进行了修正；分析了三层聚丙烯涂层管道在落石冲击下的可接受抛石粒径；提出同时结合石块稳定性结果和管道抗冲击性能要求下的石料分级的方法；最后，对该技术在荔湾3-1外输海底管道的工程应用进行详细阐述。
关键词:海底管道保护；落管抛石；深水；水下ROV；荔湾3-1
王猛，孙国民.荔湾3-1外输海底管道中落管抛石技术[J].海洋工程，2015，33（3）:86-92.
钢悬链线立管与海床相互作用小尺寸三维试验研究
姚锐1，2，白兴兰1，2，谢永和1
（1.浙江海洋学院 船舶与海洋工程学院，舟山 316022； 2.浙江省近海海洋工程技术重点实验室，舟山 316022）
摘要:围绕钢悬链线立管(SCR)与海床的相互作用，在水箱内开展三维试验研究，研究在不同模拟运动激励下SCR触地点的应力状态。针对当前模拟试验中，全尺寸试验耗资巨大，且试验环境难以控制，缩尺试验大多模拟立管二维运动等现状，提出一套简单易行的三维管土作用试验装置，通过横向、纵向、垂向三个方向轨道位置的合理布置，使得立管可在单向、二维耦合和三个方向同时运动，对模型立管的顶端、底端的边界条件进行处理，通过驱动器在顶端施加位移，模拟在周期运动作用下，立管触地区与土的相互作用，在三维空间内研究立管的力学特性。由此指导立管的整体设计与分析，对保证SCR在深水油气开采中的安全可靠性，具有非常重要的意义。
关键词:钢悬链线立管；三维试验研究；管土相互作用；触地点；小尺寸
姚锐，白兴兰，谢永和.钢悬链线立管与海床相互作用小尺寸三维试验研究[J].海洋工程，2015，33（3）:93-99.
基于平行双板结构的圆管尾流抑制方法研究
孙冰1，李金宣2，包艳3
（1.山东省交通规划设计院，济南 250031；2.大连理工大学 海岸和近海工程国家重点实验室，大连 116023；3．帝国理工学院 航空工程系，英国 伦敦）
摘要:通过数值模拟方法对基于平行双板的圆管尾流进行抑制研究。以二维不可压缩粘性流体方程为流动控制方程，并采用稳定化流体有限元方法求解。基于数值结果，详细探讨了平行双板的安装角度和板长等关键特征参数对尾流的抑制作用和影响。数值分析发现，平行双板结构对尾流的抑制作用明显优于传统单板控制。计算结果显示，基于平行双分隔板的尾流抑制最优位置为从圆管后驻点起向上游40°~50°处，并且与单板相比，在更短板长条件下，亦可完全抑制圆管的旋涡脱落，从而尾流从非定常涡旋流转入定常流动。当安装位置为θ≥80°时，被控圆管表面压力分布与无控圆管类似，说明此时平行双板控制无减阻效应。最后，基于数值模拟结果，对本方法的尾流高效控制效应，给出了相应的流动机制。
关键词:平行双板；圆管； 旋涡脱落；分隔板；尾流抑制
孙冰，李金宣，包艳.基于平行双板结构的圆管尾流抑制方法研究[J].海洋工程，2015，33（3）:100-106.
九段沙上沙南沿坍塌与外沙内泓效应
茅志昌1，郭建强2
（1. 华东师范大学 河口海岸学国家重点实验室，上海 200062；2.上海市九段沙湿地自然保护区管理署，上海 200135）
摘要:利用1986～2013年的长江口海图以及2013年九段沙上沙南沿的冲淤观测数据，分析了外沙内泓地形形成机理以及凸显的效应。长江口深水航道治理工程改变了九段沙湿地局部边界条件，导致江亚南沙沙尾下延，深泓线北移，上沙南沿坍塌后退。建议采取护滩工程措施，保护上沙湿地资源。
关键词:长江口；九段沙上沙；外沙内泓；深水航道；湿地资源；坍塌
茅志昌，郭建强.九段沙上沙南沿坍塌与外沙内泓效应[J].海洋工程，2015，33（3）:107-112.
八所港矿砂码头混凝土腐蚀现状分析
陈环1，齐中华2，房靖超1，汪峻峰1
（1.海南大学 土木建筑工程学院，海口 570228；2. 海南八所港务有限责任公司，海南 东方 572601）
摘要:针对海南八所港矿砂码头服役近30年的混凝土梁、柱和70年的甬道等结构腐蚀状况进行现场调研，发现钢筋混凝土结构出现钢筋锈蚀、混凝土剥落，部分混凝土严重破损。测量了其混凝土梁、柱、甬道等不同位置混凝土和铁锈中氯离子含量，分析了局部环境对氯离子分布的影响。根据调研结果总结分析了其破损原因。结果表明混凝土中氯离子分布呈现规律性变化，且铁锈中的氯离子含量远小于混凝土中氯离子含量。
关键词:混凝土；矿砂码头；腐蚀；氯离子侵蚀；八所港；破损原因
陈环，齐中华，房靖超，汪峻峰. 八所港矿砂码头混凝土腐蚀现状分析[J].海洋工程，2015，33（3）:113-119.
