不同声源深度产生海底地震波仿真分析

在浅海环境中,舰船产生的低频水声信号会在海水和海底介质界面处以舰船地震波的形式进行传播[1],此时海底具有低通滤波的特性。通过理论分析和使用COMSOL Multiphysics软件的声-固耦合模块建立仿真模型,验证其滤波特性的存在,并讨论不同声源深度对海底地震波传播的影响。     

海底沉积物特性对舰船地震波传播的影响

舰船地震波场是指舰船航行时所产生的船体震动噪声和舰船辐射噪声的低频部分,通过海水辐射到达海底,其中部分声能耦合到海底并以弹性介质波的形式在海底传播.海底沉积物作为声在浅海中传播的下边界,不同底质的海底对声波在波导中的传播具有重要的影响.根据海底反射损失对3种典型的海底做了建模并分析了其对舰船地震波传播的影响.不同频率的低频声波在底质中的吸收衰减各不相同.可以利用能够传播较远距离的某些频率的低频声波实现对舰船的远距离探测.     

舰船地震波环境噪声的统计特性

研究舰船地震波信号需要首先分析海底地震波的环境噪声特性.海底地震波环境噪声的统计特性研究中,假设其满足广义高斯分布,利用拟合方法对形状参数及尺度参数进行估计,采用χ2检验法进行检验.另外,本文还对地震波信号的平稳随机过程进行了检验.统计结果表明,海底地震波环境噪声近似服从广义高斯分布平稳随机过程的假设检验.结论可以用于舰船地震波信号的降噪方法研究,抑制环境噪声,并为深入研究舰船地震波信号处理方法打下基础.     

航行舰船地震波及其在水中目标探测中的应用

从理论上论述了浅海波导中发生声波显著透射进海底从而造成水中传播声信号严重衰弱的原因,通过对已有的海底声传播研究实验数据的分析和总结,阐述了航行舰船地震波的产生和传播的基本规律,提出和论证了航行舰船地震波在水中目标探测中的重要应用前景和价值。     

基于耦合理论的海底地震仪设计方法研究

进行航行舰船地震波观测时,必须考虑海底地震仪(OBS)与海底的耦合问题.由于大部分海底被一层厚厚的松软沉积物覆盖,所以海底地震仪响应会严重影响海底表面的运动.并且海底地震仪位于流体与固体的边界上,浮力的作用也会影响质点运动.对于不同类型的地震波,作用力与质点运动并不满足我们所期望的关系.本文介绍了海底地震仪与沉积物的耦合模型,将其简化为质量 - 弹簧 - 阻尼器系统.响应特性主要取决于OBS的质量、结构、刚性以及沉积物密度.通过理论计算,得到影响海底耦合的主要因素,并在此基础上提出海底数字地震仪的合理设计方法.     

舰船地震波场检测系统及实验研究

为了获得舰船地震波场数据,设计了低功耗大容量舰船地震波场检测系统,简述了系统组成及其工作原理,完成了舰船地震波场检测系统海试试验.数据分析表明了舰船地震波技术应用于舰船目标探测和定位的可行性及其应用前景.     

不同海域海洋环境水下地震波观测与分析

海洋环境水下地震波是水中目标探测、海底地壳活动及勘探等领域的重要研究方向.本文利用地震波传感器对我国部分海域环境地震波进行观测,并用爆炸声源对已知信号进行海上测试.经分析可得:根据不同震源可将环境地震波从频率上分为长周期波、远震、近震、航线等,航线地震波与其他噪声相比在5 Hz以上有明显宽频信号;同一海域,远震、近震和航线等环境地震波受水深影响较大;深海环境地震波噪声较低,且深海比浅海舰船地震波探测距离增加1倍以上;单传感器接收时地震波传感器接收信号信噪比高于水听器;爆炸声源地震波水平分量信噪比大于垂直分量,极化特征明显.     

不同海域海洋环境水下地震波观测与分析

海洋环境水下地震波是水中目标探测、海底地壳活动及勘探等领域的重要研究方向。本文利用地震波传感器对我国部分海域环境地震波进行观测,并用爆炸声源对已知信号进行海上测试。经分析可得:根据不同震源可将环境地震波从频率上分为长周期波、远震、近震、航线等,航线地震波与其他噪声相比在5 Hz以上有明显宽频信号;同一海域,远震、近震和航线等环境地震波受水深影响较大;深海环境地震波噪声较低,且深海比浅海舰船地震波探测距离增加1倍以上;单传感器接收时地震波传感器接收信号信噪比高于水听器;爆炸声源地震波水平分量信噪比大于垂直分量,极化特征明显。     

基于时谐电偶极子模型的舰船轴频电场衰减规律研究

由于舰船轴频电场在浅海环境下传播距离较远,因此成为舰船探测的特征信号源。本文基于时谐电偶极子模型,通过数值仿真对舰船轴频电场衰减规律进行研究。结果表明,海底平面上,舰船轴频电场纵向分量随距离的衰减速率要小于横向分量,轴频电场沿横向的衰减速率要大于其沿纵向衰减速率。17 Hz频段内,轴频电场衰减受信号频率影响较小。海底平面上,轴频电场衰减速率随着海床电导率增大而明显增大。     

利用解析法研究相同底质水域中点声源随深度传播规律

浅海波导的传播环境主要由海底和海面构成,声波在浅海波导内的传播衰减规律可以利用简化的相同底质的平行界面内声波的传播模型研究.本文利用解析法研究了浅海条件下相同底质水域中点声源的传播衰减规律,进行了平行介质内球面波的简正波分解,推导给出下表面为刚性、上表面为绝对软情况下简正波的衰减规律.分析了简正波和侧面波引起的声场;仿真计算了平行介质层中定深点声源传播的简正波和侧面波,给出相应的传播规律结论.本研究对理解浅海条件下舰船辐射噪声信号的传播衰减规律和舰船辐射噪声的量级评价具有一定的指导意义.     

强割裂海底区有效反射系数的频率特性研究

海底是海洋的反射边界,它有若干与海面相似的特性。但是,由于海底的不同成分和多层的结构,其作用更加复杂,显著地影响声波的传播。声波在海底反射时造成能量损失,同时也造成影区的声场,能量损失会限制其传播距离。研究了强割裂海底区有效反射系数的频率特性,并运用Matlab软件进行了实验仿真。     

A study on the estimation of the seaquake response of a floating structure considering the characteristics of seismic wave propagation in the ground and the water

 Seaquakes, which are characterized by the propagation of vertical earthquake motion at the sea bottom as a compression (longitudinal) wave, are reported to cause damage to ships, and their effect on floating structures is a matter of great concern. To comprehend the basic properties of seaquakes, we first discuss a method to calculate the displacement of the seabed when it is subjected to hydrodynamic pressure. To investigate the interrelationship between the vibration of a floating structure and the deformation of the seabed, a new boundary integral equation is derived which assumes that the seabed is a semiinfinite homogeneous elastic solid in order to analyze the seaquake-induced hydrodynamic pressure acting on the floating structure. By considering the propagation of the seismic wave in the ground and in the water, the incident wave potential in seaquake problems is also deduced and its characteristics are discussed. Finally, the response of a very large floating structure in a seaquake is investigated using a fluid force analysis method, and considering the interrelationship between the vibration of the floating structure and the deformation of the seabed. Received: August 19, 2002 / Accepted: November 11, 2002 Address correspondence to: H. Takamura (hiroaki_takamura@nishimatsu.co.jp) Updated from the Japanese original, which won the 2002 SNAJ prize (J Soc Nav Archit Jpn 2001;189:87–92,93–100 and 190:381–386)     

砂质海床特性对单桩所受波浪荷载的影响

砂质海床特性极大地影响波浪与海工单桩基础结构的相互作用,而将多孔介质海床简化为刚性、不可渗透固体海床,忽视了多孔介质海床对波浪能量的影响。研究砂质海床孔隙率、介质颗粒平均粒径对单桩所受波浪荷载的影响,设计5种不同海床特性的波浪水槽试验。研究结果表明:在相同波浪条件下,砂质海床结构内部的孔隙流对波浪能量产生衰减作用,随着颗粒直径的增大,波浪能量衰减愈加明显,单桩所受波浪荷载越小。当海床孔隙率较小,海床结构内部水流运动微弱,多孔结构对波浪消能作用不明显。当海床孔隙率进一步增加,海床结构内部水流运动增强,多孔结构对波浪消能作用显著,单桩所受波浪荷载明显减弱。     

秦皇岛海域水文泥沙特征分析

基于现场实测水文泥沙资料和水深测图资料,对秦皇岛海域的水文泥沙特征进行了分析。分析结果表明:研究海区靠近半日潮无潮点,潮差小,潮流动力较弱,水体含沙量低,泥沙来源有限,泥沙运动不活跃,岸滩整体保持稳定。秦皇岛海域水文泥沙环境较好,为海岸带开发利用提供了良好的条件。研究成果可作为本海域海岸开发利用的基础资料和依据。     

花场湾自然条件及海床演变分析

通过对海南花场湾海域潮汐、潮流、泥沙、波浪以及底质沉积物等自然条件的分析,对该海区的水动力、泥沙环境及海床演变规律进行了研究,论证了花场湾海域略有冲刷的基本特征。     

温州状元岙化工码头工程潮流泥沙数模研究

采用水动力泥沙条件、底床冲淤演变分析及二维潮流泥沙数值模拟手段,对拟建的温州港状元岙港区化工码头工程方案进行了研究。研究结果表明:(1)工程海区潮汐属于正规半日潮类型,为强潮海区;(2)工程海区潮流性质属于不规则半日浅海潮流,潮流运动呈往复流形式;(3)工程海域深槽多年来在波浪潮流作用下一直处于稳定状态;(4)规划的化工码头走向与涨落潮流走向基本一致;(5)规划的化工码头实施后工程附近海区的涨落潮流速呈增加趋势,码头前沿会略有冲刷;(6)化工码头建设对锚地流场没有影响;(7)化工码头工程方案是合理可行的。     

淤泥质海岸波致液化及航道骤淤问题初步研究

研究波浪与淤泥海床相互作用导致的海床液化、体积冲刷和高浓度近底悬沙的层移输运问题。采用de Wit提出的液化判别条件及计算方法,结合连云港近岸波浪和淤泥力学特征,计算不同来波条件下淤泥质海床的液化深度;进一步考虑浑水中含沙量对流速的折减影响,计算液化层运移速度分布。计算结果表明,大浪条件下,淤泥质海床可能有较大的液化深度,但层移厚度不大。由于层移含沙量较高,在近底水流驱动下仍能形成较大的输沙率和一定规模的大风天航道骤淤。有关研究成果为海床稳定性分析和输沙计算提供了新的思路和方法。     

深水悬链复合锚泊线疲劳损伤计算

以某座Spar平台的锚泊系统为研究对象,首先利用三维绕射理论计算Spar平台主体波浪力,得到平台的总体运动响应时程。再建立复合锚泊线的二维非线性有限元动力分析模型,基于DelVecchio(1992)提出的经验公式,采用迭代的方法计算复合锚泊线的刚度。锚泊线和海床之间的接触作用基于刚性海床假定,基于Morrison公式计算锚泊线的惯性力和拖曳力荷载,根据计算得到的平台主体运动响应时程作为锚泊线顶端输入条件,在时域范围内进行复合锚泊线的动力分析。计算得到中国南海某海域各短期海况条件下复合锚泊线应力的时间历程曲线,采用雨流法对其计数得到对应于各短期海况条件下的疲劳载荷谱。最后根据Miner线性累积损伤模型,对复合锚泊线在长期海况条件下的疲劳损伤进行比较计算。     

台州湾海域水文泥沙环境及海床冲淤演变分析

文章结合台州湾海域历史上各年代、各测次的水文泥沙测验和实测地形资料,对该海区1934~1998年和1988~2003年2个不同时间长度内的地形变化进行了分析,结果表明:台州湾属于强潮海域,具有潮差大、潮汐动力强的特点;该海区在1988年以前处于略有淤积状态,而1988年后期处于冲淤基本平衡的稳定状况;椒江口内高含沙水体的往返运移对湾内水域冲淤变化的影响甚小;造成该海区海床变化的泥沙主要来自于浙江东海岸沿岸泥沙运动,随着来自长江口泥沙的逐年减少,该海域的海床形态基本趋于稳定,海域含沙量逐步降低,为台州市深水港的建设提供了良好的泥沙环境。     

近岛礁超大型浮体连接器载荷研究

对于布置在岛礁附近的浮体,复杂海底地形的作用不可忽略.文章基于RMFC模型,同时将地形作为固定物体,研究了复杂海底地形对布置于岛礁附近的超大型浮体的运功响应和连接器载荷的影响.数值计算结果表明,地形的存在对浮体绕射力存在显著的影响,同时增加了低频区域的连接器载荷.