基于网络的大型造波机运动控制系统

波浪是海岸工程、港口工程、船舶和海洋工程中需要考虑的主要荷载因素。目前研究波浪载荷的主要技术手段是在试验水池放置缩小的结构物模型,并模拟现场的波浪环境,从而实现波浪载荷的精确测量,为工程设计提供科学依据。造波机是试验室模拟波浪环境的关键设备,其运动控制系统的性能直接关系到模型试验的精准度。本文介绍一种基于EtherCAT网络的大型造波机运动控制系统,该系统具有良好的同步运动性能,并具有良好的扩展性,可为先进造波方法研究提供设备平台。     

Inhomogeneous wave load effects on a long,straight and side-anchored floating pontoon bridge

In this paper, we present a numerical study on the hydroelastic response of a 4.6 km long fjord crossing floating bridge subjected to wave loads. The bridge is straight in design and supported by 35 pontoons along its full length. To limit the response to horizontal loads, four clusters of deep water mooring lines are engaged to increase the transverse stiffness of the bridge. Owing to the very large span across the fjord, inhomogeneity in the wave field exists. This study examines the various effects of inhomogeneous wave loads on the dynamic responses of the floating bridge. These include the spatial variations of the wave direction, significant wave height and peak period as well as the coherence and correlation of waves along the entire length of the floating bridge. For the purpose of comparison, the dynamic bridge responses under homogeneous wave load cases are also studied. In addition, the effects of wave load components and short-crestedness are presented and discussed.     

突涌地质隧道TSP法弹性参数判识研究

结合云南4座在建高风险隧道典型突涌实例,对不同不良地质发生突涌的地质情况及突涌段落地震波反射法(TSP)的预报成果进行总结,分析各类突涌发生的工程地质条件和地震波反射法物理参数,归纳隧道突涌地质特征,得出大规模突涌时地震波反射法物理参数中纵波速度V_p、横波波速V_s、纵横波速比V_p/V_s和泊松比σ四项参数的判断标准:(1)富水时,V_p/V_s与σ都呈增长趋势,V_p/V_s变化率增长约5%以上,σ变化率增长约10%以上;(2)富水时,V_p/V_s由1.7→2.0变化,σ由0.25→0.3变化;(3)层状裂隙或构造破碎时,V_p均呈下降趋势;(4)存在裂隙及富水通道时,V_s均呈下降趋势;(5)V_p和V_s同时下降时,围岩破碎及地下水发育程度同步上升;(6)V_p上升、V_s下降时,围岩完整程度变化不大,地下水或裂隙发育程度上升。     

FPSO内孤立波载荷实验观测及理论预报模型研究

利用大型密度分层水槽开展了下凹型内孤立波作用在FPSO上的载荷特性系列实验;并依据实验工况,考虑KdV、eKdV和MCC内孤立波理论的适用性条件,数值研究了FPSO内孤立波载荷成分构成;基于实验结果和载荷成分构成,建立了FPSO内孤立波载荷的理论预报模型.研究表明:FPSO内孤立波水平载荷由粘性力和Froude-Krylov力组成,而垂向载荷主要为垂向Froude-Krylov力;Froude-Krylov力可通过动压力沿FPSO浮体湿表面积分得到,粘性力则通过经实验回归的摩擦系数Cf、形状修正因数K乘以内孤立波诱导水质点切向速度沿FPSO浮体湿表面积分得到.系列实验结果得出:摩擦系数Cf和形状修正因数K与雷诺数Re、KC数和流体层深度比h1/h有关;摩擦系数与Re呈自然对数关系;而形状修正因数K与KC数呈幂函数关系.理论预报模型预报的水平载荷、垂向载荷结果均与系列实验和数值结果吻合较好,并且发现随着内孤立波振幅的增加,载荷幅值近乎线性增加,而且上层流体深度对水平力幅值有明显的影响.     

双色波激发细长港内低频振荡的物理试验研究

通过物理试验研究双色波传入细长港池并激发港池低频振荡,合理的试验布局降低了波浪二次反射对造波机的影响问题。利用快速Fourier变换和小波变换方法分析双色波在港内的幅频响应以及波浪能量的时-频分布情况,并利用小波二阶谱分析港内波浪不同成分之间的非线性相互作用过程。结果表明:当双色波短波频率对应港池不同共振频率时,通过波浪非线性相互作用产生的二阶长波在港内响应幅值不同;短波频率对应港池较低共振频率时,波浪会在港内聚集更多的能量;二阶长波以及高次谐波与双色短波之间呈复杂的非线性能量传递过程。     

非线性混合海况下近海风机塔筒底部载荷的动力响应

本文主要研究在非线性混合海况(即风浪和涌浪组合海况)下,以NREL 5MW_Baseline Monopile近海风机为研究对象,对其塔筒底部(基线)所受到的剪力和弯矩载荷的动力响应进行仿真。在近海风机的时域仿真中,选用了Ochi-Hubble六参数波浪谱,并编制了该谱的程序嵌入到FAST中进行编译。计算过程中,共进行了20次10 min的仿真分析。对于得到的短期载荷,给出了波高程,塔筒底部首尾向剪力和弯矩在线性与非线性不规则波作用下的时程曲线对比图。采用分块最大值法对每一次的短期载荷提取极值,并基于20次仿真所得的极值,给出了塔筒底部首尾向剪力与弯矩在线性与非线性不规则波作用下的超越概率曲线对比图。研究表明,在非线性混合海况下进行近海风机塔筒底部载荷的动力响应研究,计算结果对工程实际应用具有指导意义。     

隧道爆炸冲击波的危害及控制措施

目前山岭隧道施工基本以钻爆法为主,爆破过程中产生的冲击波会对隧道内的人员及机械设备安全产生较大影响,造成重大安全事故和财产损失。本文主要介绍了冲击波在隧道内传播会形成超压,且随着传播距离增加超压峰值逐渐衰减到大气压范围内;基于超压准则评估了冲击波对人体、隧道内设施及周边建筑物的危害程度;通过在隧道内安装简易的冲击波缓冲装置及加强监测、设置安全警戒线等控制措施,减弱了爆破冲击波的危害,从而达到安全快速施工的目的。     

Experimental study of freak wave impacts on a tension-leg platform

This study investigates the freak wave impinging on a tension-leg platform through wave flume experiments. The freak waves are generated using the focused wave theory. By adjusting the wave focusing location, different incident wave scenarios at the structure location are produced. Simultaneous measurements of wave shape evolutions upon impingement, wave impact pressures on the platform deck, platform motions and tether forces are carried out for synchronized analyses of the wave kinematics/dynamics and structural responses. The variation of these parameters with the incident wave profile is studied. It is found that although applying less intensive local impact pressures as compared to the highly-breaking freak wave, the slightly-breaking or non-breaking freak wave imposes the same level of adverse effect on the platform's global stability in terms of motions and tether forces. In addition, the high-crest freak wave causes violent motions of the floating platform, which are likely to induce snap loads of large amplitude and high occurrence frequency in tethers. The published results would provide useful benchmarks for validating numerical and analytical models.     

缓波型非粘接柔性立管的干涉敏感性

针对非粘接柔性立管在波浪和海流作用下易发生立管干涉的问题,以我国南海某油田输油立管和相邻锚链为例,分别对拖曳力系数、管道单位长度质量、外径、内部介质密度、立管抗拉弯扭刚度和悬挂角度等参数进行敏感性分析,得出不同参数的敏感性情况,并在此基础上提出一些建议供实际工程设计参考.     

拖航工况下半潜平台撑杆波浪砰击敏感性研究

半潜式平台在拖行过程撑杆等细长结构承受的波浪砰击对结构安全影响较大，相关船级社规范中明确要求结构分析过程中需要考虑波浪砰击载荷。基于传统势流理论的数值方法已经被广泛的应用于浮式海洋平台的水动力和砰击载荷的研究，但是对于复杂的粘性干涉效应、波浪爬升、波浪破碎和波浪砰击等实际工程问题不能够运用势流理论准确模拟。非定常的计算流体力学CFD (Computational Fluid Dynamics)方法能够较为准确解决上述问题。因此，本文以982半潜式海洋平台为研究对象，采用计算流体力学中的动态重叠网格方法和流域体积域方法VOF(volume of fluid)，结合水池物理模型试验结果，对平台在拖行工况下撑杆的波浪砰击进行研究。主要对半潜平台撑杆在三种不同流速和风速的拖航工况下撑杆受到的砰击压力的敏感性进行了分析研究，分析波浪砰击下撑杆的瞬态砰击压强分布情况，得到波浪砰击压力危险区域，同时给出拖航工况下撑杆砰击压力系数的变化规律，为分析预报半潜式平台撑杆在复杂的拖航海况下受到的砰击压力提供了参考。