非收放式减摇鳍鳍轴校核算法研究

非收放式减摇鳍作为减摇鳍产品中非常重要的一个组成部分,而鳍轴也是其减摇力矩传力链中非常重要的一环,对于鳍轴综合应力的校核也就成了非收放式减摇鳍设计中的关键。通过比较考虑剪力的新算法以及仅做弯扭综合应力校核的2种算法,及它们在不同强度理论下的状态,综合讨论得出能使鳍轴应力值更加精确的算法。     

绞吸船在软土地质下横移锚抓地力计算方法

大型绞吸船采用三角宽鳍锚作为横移挖掘的定位锚,针对横移锚在软土地质条件下锚抓力受限的问题,采用土体的极限平衡原理进行横移锚受力分析,建立三角宽鳍横移锚抓地力计算方法。经计算分析,在软土地质条件下,影响横移锚抓地力的主要因素为锚冠入土深度、土楔破坏角和锚杆角度。结果表明,锚冠入土越深,锚抓地力越大;锚杆与水平面夹角越小,锚抓地力越大;随土楔破坏角逐步增加,锚抓地力呈先减小、后变大的趋势;土楔破坏角在20°~25°时,横移锚抓地力最小,锚抓力系数为14左右。     

减摇鳍与船体的适配性数值模拟

利用计算流体力学方法对减摇鳍与船体之间的适配性问题进行研究。利用零航速减摇鳍的参数以及某型驱逐舰的船型型值表,分别建立在敞水条件下的减摇鳍模型以及加上减摇鳍的船体模型。首先,仿真分析在中、高航速下敞水条件的减摇鳍与受船体约束减摇鳍的静态水动力特性。其次,利用动网格技术分别分析在中、高航速和低航速下敞水条件的减摇鳍与受船体约束减摇鳍的动态水动力特性。计算结果分析表明：静态仿真时,虽然受船体约束减摇鳍的失速角没有敞水条件下的减摇鳍大,但在同样的攻角下,其升力系数却有较大的提高;在动态仿真中,无论是在中、高航速还是低航速下,受船体约束减摇鳍拍击产生的升力都要比敞水条件下的减摇鳍大,但同时产生的阻力以及所需的转鳍力矩也有较大的提高。     

意大利威尼斯离岸深水港自动化集装箱码头结构选型

意大利威尼斯离岸深水港项目拟在外海建设现代化全自动集装箱港区,其关键技术之一是在深厚高压缩性土体且广泛存在极软弱泥炭夹层的极不均匀和复杂地质条件下,采用何种码头结构形式才能满足全自动化集装箱码头较高的使用要求。为此,对高桩码头+组合式桩基承台驳岸结构、重力式沉箱结构和全高桩(高桩码头+高桩堆场)结构3种方案进行综合比选,并利用有限元数值模拟分析,提出采用全高桩码头结构形式。该结构形式适合工程的地质条件和使用要求,技术成熟,风险小,且投资较低。     

烟台港西港区防波堤二期工程施工方案分析

烟台港西港区防波堤二期工程所在海域水深浪大,表层软土较厚,天然地基的承载能力较差。在防波堤二期结构方案设计比选中,通过对抛石斜坡式、钢圆筒插入式以及沉箱重力式三种防波堤结构型式的施工方案和造价对比分析,选定适合本工程且施工工艺简单、造价经济合理的防波堤结构方案。     

机器鳕鱼胸鳍/尾鳍协同推进直线游动动力学建模与实验研究

设计了一种二自由度胸鳍/尾鳍协同推进的仿生机器鳕鱼,其胸鳍推进机构不仅能够单独实现前后拍翼运动、摇翼运动以及两者的复合运动,而且还可与尾鳍实现协同推进,进而分别建立了胸鳍单独推进、胸鳍/尾鳍协同推进时的水动力学模型。数值仿真及实验结果均表明,胸鳍复合运动与尾鳍协同推进时,仿生机器鱼游速最快,可达0.30 m/s,胸鳍摇翼运动推进时游速最低,仅为0.05 m/s,其他推进方式的游速介于二者之间,但均能够实现稳定的游动。与现有结果相比,所设计仿生机器鱼直线游动模态多样,稳定游速可选范围较宽,机动性较好。     

零航速减摇鳍鳍型参数估算方法

零航速减摇鳍具有双重工作模式,不同生力机理使其流体动力特性存在本质差异,从而导致二者对鳍型参数要求截然不同,为满足零航速模式需求,零航速减摇鳍大多选用小展弦比鳍型,但亦给常规减摇模式带来诸多不利影响.通过分析展弦比、翼梢形状等因素,从双模式对鳍型参数的实际要求出发,应用线性系统理论、对抗控制原理,提出适用于零航速减摇鳍的尺寸参数估算及综合评定方法,得出不可收放式零航速减摇鳍的最佳展弦比范围,为工程化设计提供了必要的理论依据.     

复合驱动仿生胸鳍机构设计与水动力研究

针对仿鱼型海洋探测机器人低速时的机动性问题,受鹞鲼鱼类依靠胸鳍摆动实现各种水下运动的启发,设计出一种基于共融理论的复合驱动刚-柔多体耦合仿生鱼胸鳍机构。通过构建基于三维非定常湍流控制方程组的柔性鳍摆动系统水动力学模型,研究仿生胸鳍柔性鳍面摆动时周围压力和速度场的变化情况,分析不同摆动幅度和频率下鳍面的水动力学特性,揭示仿生鹞鲼机器鱼的水下运动机理,对摆动胸鳍的水动力进行仿真。结论表明:鳍面摆动时周围的漩涡能够引起胸鳍面上推力、升力及侧向力按类似正弦变化,而推进力和侧向力的大小随摆动幅值和摆动频率增加而增大。     

鳍对拖式吊舱推进器水动力性能的影响

为研究鳍的影响,建立了吊舱推进器的水动力性能的计算模型.计算了吊舱推进器安装和不安装鳍时的水动力性能,螺旋桨与吊舱及鳍之间的相互影响通过迭代计算加以考虑.采用基于速度势的基本积分微分方程,并采用双曲面元以消除面元间的间隙.采用Newton-Raphson迭代求解压力分布使得桨叶的随边满足压力库塔条件,用柳泽的方法求得物体表面的速度分布以避免数值求导的奇异性.无鳍.单鳍和双鳍的吊舱推进器水动力性能计算结果表明,附加鳍时吊舱推进器的螺旋桨推力增加,由于鳍上产生推力导致吊舱阻力减小.附加双鳍时的吊舱推进器水动力性能最好,附加单鳍时次之,无鳍时最低.     

Locomotion by mechanical pectoral fins

The objectives of this study were the development of a new device for maneuvering an underwater vehicle using the mechanism of a fish swimming, an experimental and theoretical analysis of the hydrodynamic characteristics of the device, and its application to maneuvering a fish robot. Observations and experimental analysis of the pectoral fins of a black bass (Micropterus salmoides) revealed that the locomotion of the fish, such as swimming forward at low speed, swimming backward, and turning in a horizontal plane is generated by using a combination of a feathering motion and a lead-lag motion of the pectoral fins. A mechanical pectoral fin making a feathering motion and a lead-lag motion generates a thrust force in a range of phase differences between both motions. The unsteady vortex lattice method, including the effect of viscosity, can express fairly well the unsteady forces acting on the mechanical pectoral fin in the range of phase differences where it exerts the thrust force. The fish robot, consisting of a model fish body and a pair of mechanical pectoral fins, can not only swim forward and turn in almost the same position, but can also swim in a lateral direction without changing the yaw angle. Translation of an article that appeared in the Journal of The Society of Naval Architects of Japan, vol. 182 (1997): The original article won the SNAJ prize, which is awarded annually to the best papers selected from the SNAJ Journal, JMST, or other quality journals in the field of naval architecture and ocean engineering.     

Potential of a repair system for grouted connections in offshore structures: Development and experimental verification

Grouted connections are intensively used in offshore rigs, platforms as well as jacket and monopile offshore wind turbine structures. Being located in remote offshore conditions, these connections can experience considerable adverse loading during their lifetimes. Degradation was reported inside similar connections, which were installed in the last three decades. Grouting in the offshore sites may often be proven difficult, which eventually leads to reduced load-bearing capacity of connections in the long run. Thus, repair and rehabilitation of such connections should be planned ahead to minimize operational delays and costs. In this study, scaled grouted connections were manufactured using a novel mould, whose integrity were monitored using digital image correlation (DIC). The connections were loaded under static load to visualize the main failure pattern using distributed fibre optic sensors and acoustic emission (AE) analysis. Grouted connections were then repaired using a cementitious injectable grout. The effectiveness of the grout injection was monitored using dye penetration technique. Finally, specimens are reloaded to identify the potential of such repair for grouted connections.     

小水线面双体船减摇鳍的疲劳强度分析

针对某大型小水线面双体船两种连接方式的减摇鳍,即轴连接式和插入式减摇鳍,分别建立有限元模型,计算应力响应传递函数,确定减摇鳍疲劳累积损伤度,并对比两种类型减摇鳍的损伤结果特性。结果表明:减摇鳍与小水线面双体船下潜体相交各个部位热点应力较大,容易产生疲劳问题,且轴连接式减摇鳍的疲劳损伤比插入式的略为严重大,在设计和建造时应对这些部位重点关注。     

海洋结构物沉箱吸附力的试验模拟

吸附力是海洋和港口工程中常见的一种力,一般是指位于海底软粘土中的沉箱或其他坐底式结构等建筑物,在起浮过程中,底面与软土之间相互作用所产生的力。吸附力是影响结构物起吊的主要阻力,研究吸附力可为合理选用起浮设备提供依据,对实际工程有着重要意义。     

海上风机吸力式桶形基础竖向承载力特性研究

吸力式桶形基础作为一种新型的海上风机基础,正逐渐以单桶或者多桶组合形式被应用于海上风机支撑基础设计中。然而目前对应用于海上风机基础的桶形基础的极限承载力的研究仍存在研究不全面和结果不统一的问题。本文以宽浅型单桶基础为例,采用有限元软件Abaqus对海上风机吸力式桶形基础在饱和黏土地基中的竖向承载特性进行三维有限元分析。考虑桶土接触面分离条件对极限承载力和土体破坏模式的影响,并且对桶形基础长径比、土体的有效重度以及土体不排水抗剪强度分布对桶形基础竖向极限承载特性的影响进行分析。研究成果可以为海上风机吸力式桶形基础设计提供参考。     

Effects of longitudinal fins on dynamic stability of pipes conveying fluid made of functionally graded material

Dynamic behavior and instability of clamped-clamped pipes conveying fluid with longitudinal fins are studied in this paper. The analysis is done for pipes made of both homogeneous and functionally graded materials (FGM). In the FGM case, the materials of pipe and fins are assumed to be graded through the radial direction based on a power-law distribution. The Hamiltonian principle and Euler-Bernoulli beam assumptions are employed to derive the governing differential equations of the pipe system. Different fin configurations are investigated and the effects of several parameters including power‐law index, fluid velocity, number of fins, thickness and height of the fins are analyzed. Natural frequencies of the pipe and critical flow velocities are determined for various values of parameters. Numerical results show that the stability of the system is significantly affected by the power‐law index and fin dimensions. Among different fin configurations studied in this paper, the addition of non-horizontal fins provides significant improvement in the stability of both homogeneous and FGM pipes conveying fluid and consequently, can be considered as an effective “dynamic stabilizer” for the pipe system. In contrast to non-horizontal fins, the horizontal fins improve the stability of pipes conveying fluid, slightly.     

浅吃水沉箱结构岛礁快速成陆技术

为克服远海岛礁恶劣的自然条件、加快岛礁建设，需要找到一种岛礁快速成陆的新方法。以减少现场操作、快速施工为目标，从沉箱结构、功能性需求、快速成陆实施方法等方面研究浅吃水沉箱结构岛礁快速成陆技术的可行性及适应性。通过优化沉箱结构并分析现场条件，得到了能够满足拖运吃水要求及使用功能要求的轻型沉箱，研发了基床免整平安装沉箱的方法。通过轻质混凝土沉箱预制及反顶升调平试验，验证了关键技术的可行性，为该技术的后期应用提供数据支撑。     

饱和软黏土中吸力锚的承载能力数值分析*

利用大型通用有限元软件ABAQUS,基于总应力分析法,建立了饱和软黏土中吸力锚的三维有限元数值模型,通过与物理模型试验对比,验证了数值模型的正确性.计算分析了吸力锚的水平承载力特性及其破坏模式、最优系缆深度上的倾斜承载力包络图.通过对有限元结果进行拟合分析,提出了吸力锚承载能力的简化计算公式,公式中考虑了长径比、加载角度和土体不排水抗剪强度的影响.     

输入扰动对波动鳍推进性能影响的研究

输入扰动对波动鳍推进性能影响是一个新兴的研究领域。本文分析了高频率、小幅度和短波长的正弦波形叠加于波动鳍上时对波动鳍推进力的影响。建立运动学模型,利用四面体网格对计算区域进行划分,采用非耦合隐式求解器求解非定常不可压缩N-S方程和连续性方程。给出计算条件,并对算法给予验证。比较等波幅和变波幅两种正弦扰动波形下,波动鳍的无量纲阻力系数、阻力系数均值以及涡量场随周期(0.05 s、0.1 s、0.3 s、0.5 s、0.8 s)、幅度(0.0008 m、0.001 m、0.0015 m)和波长(0.002 m、0.008 m、0.012 m)的变化情况,从涡动力学角度对该影响进行解释。结果显示:输入扰动不仅影响了波动鳍前缘涡的传递,并对波动鳍周边及尾迹区域漩涡数量和强度产生了改变。除在特定条件外,输入扰动对波动鳍推进力产生负面影响,变波幅扰动的影响要大于等波幅情况。该研究可为波动鳍选择合适参数的输入扰动以提高推进力提供参考。     

钢筋混凝土箱筒型防波堤施工方法

为了有效减低港口回淤量,经多种防波堤结构类型的对比设计计算及技术经济分析,天津港北防波堤延伸二期工程采用钢筋混凝土箱筒型基础。文章对该防波堤的施工方法进行了介绍,该工程构件体积大、工艺复杂、海上施工现场条件差、工期紧,与斜坡堤、半圆型防波堤比较,在质量、造价、工期等方面具有优势。     

浅水干式沉箱水下生产系统爆炸风险分析

浅水干式沉箱水下生产作为一种全新海上油气田开发模式，为浅水受限海域开发提供科学的解决方案。采用危险源辨识(Hazard Identification, HAZID)分析，识别干式沉箱水下方案的危险因素。引入定量爆炸风险分析，对干式沉箱潜在的烃类气体泄漏及爆炸风险进行分析。浅水干式沉箱水下生产系统最大爆炸超压为0.017 8 bar,对应累计概率为2.78×10⁷/a,从风险角度来看，爆炸超压值和概率在可接受范围内。分析方法可准确评估浅水干式沉箱水下生产系统各设施的风险水平，研究内容可为干式沉箱防爆设计及运维阶段的人员救生、逃生工作提供参考依据。