波流作用下悬浮隧道局部锚索的破断动力响应

为研究波流作用下悬浮隧道局部锚索的破断动力响应,运用ANSYS/AQWA软件建立悬浮隧道及其锚泊系统的有限元模型.通过单元生死功能和时控法模拟锚索破断行为,对比分析不同波流条件对悬浮隧道局部锚索破断动力响应的影响.研究结果表明:锚索破断之后,会对剩余锚索产生冲击效应,缆力瞬态增量随着与破断位置距离的增加而逐步递减;规则波、均匀流和锚索破断作用引起的悬浮隧道动力响应具有不同的特征,规则波主要引起结构产生周期运动,均匀流主要引起结构产生大幅偏移和低频运动,锚索破断主要引起结构产生冲击效应和高频振动;锚索破断之后,剩余结构的阻尼增大、刚度降低,导致锚索破断前后的结构运动行为出现明显的不同.     

不同锚泊方式悬浮隧道在随机波作用下的动力响应试验

为研究不同锚泊方式悬浮隧道在随机波作用下的动力响应,设计对应的节段模型试验,分析考虑随机波作用的3种锚泊方式悬浮隧道的动力特性。根据相似准则,考虑波流水槽的尺寸,设计几何比尺为1∶150的物理模型试验。将数值模拟结果与试验结果相对比,验证试验结果的准确性和可靠性。开展不同工况下的模型试验,分析随机波作用下3种典型锚泊方式悬浮隧道管体结构的横荡、垂荡和横摇运动响应,以及锚索的受力情况。研究结果表明：锚泊方式1的抑振能力最差,锚索缆力最大,安全性最差;锚泊方式2在垂荡方向上具有较好的抑振能力,锚索缆力比锚泊方式1小;锚泊方式3在横荡、纵荡、横摇运动响应和锚索缆力方面的表现均较佳,安全性更好。该研究可供悬浮隧道工程及其他类似工程的锚泊设计提供参考。     

中国南海波浪作用下悬浮隧道运动响应研究

通过采用光滑粒子法求解弱可压流体运动方程,建立波浪-悬浮隧道-系泊系统全耦合时域分析模型,研究波浪对悬浮隧道耦合作用下的动力响应。基于中国南海实测海洋环境数据,对波浪作用下悬浮隧道的整体受力、运动响应及系泊受力进行研究。结果表明：受雷诺数影响,隧道受到的波浪力与波浪强度呈非线性关系;系泊缆与海床夹角越小,隧道的纵摇幅值越小;当角度为45°时,隧道运动性能及系泊缆受力能够达到较好的平衡状态。研究结果能为悬浮隧道选型及系泊系统设计提供参考。     

双管悬浮隧道水动力性能试验

利用波流水槽构建双管悬浮隧道（SFT）节段模型,对其水动力性能进行试验研究,详细研究其在波流环境下的水动力性能,并将所得结果与传统单管SFT的水动力性能进行对比。结果表明：随着波浪周期的增加,双管SFT没有出现明显的峰值,运动曲线保持平稳状态,原因可能是双管SFT结构的基频得到提升,有效避开了常规波流载荷共振的能量密集区;与传统的单管SFT相比,无论是波流联合作用,还是波流单独作用,双管SFT在横荡、垂荡和横摇方向上的运动响应和锚索缆力幅值均更小,安全平稳性更好,且随着波高的增加,该效果越明显。研究结果可为SFT和其他类似工程的开展提供参考。     

随机波浪作用下矩形沉箱防波堤的动力分析模型

首次将随机波浪荷载应用于矩形沉箱防波堤的动力分析,并将其动力运动过程分为：摇摆、摇摆一滑移运动两种运动模态,同时引入了侧向阻滑板一转角弹簧一阻尼器和阻滑板一竖向弹簧一阻尼器两种模型体系,建立了相应的动力计算模型,推导出了各运动模态的动力方程,并分别采用Fortran语言编译的程序和有限元软件ANSYS对两种模型进行实施。通过实例的计算分析表明,两种模型和方法均可有效地对随机波浪作用下沉箱防波堤动力响应进行数值模拟,而后者更符合实际受力情况,精度更高。     

海流作用下悬浮隧道缆索的运动响应

考虑参数激励频率,利用涡激振动方程,应用伽辽金和龙格库塔数值积分法,计算出不同流速下参数激励对缆索1阶振动的影响;进一步计算隧道—缆索耦合作用下缆索的振动响应。计算结果表明参数激励为缆索固有频率2倍时,缆索响应最大;隧道对缆索振动有明显的抑制作用。     

Morison公式在悬浮隧道波浪荷载计算中的运用研究

水下悬浮隧道是一种悬浮于水中的大型跨海交通工程,作为一种全新的水下结构,其在设计、施工、运维等阶段仍存在很多亟待解决的工程问题。以某工程案例为依托,采用Morison公式计算了悬浮隧道的波浪荷载,将计算结果与数值模拟的结果进行对比分析,验证了该方法的可行性,并对涉及计算的各计算因素进行了敏感性分析。结果表明:Morison公式与数值模拟的计算结果相差较小,采用Morison公式计算较为简单,适合在工程项目中推广使用;在一般的工程条件范围内,速度力系数C_D、海洋生物生长厚度等因素对计算结果影响不大;而惯性力系数C_m和是否考虑结构不同位置的波浪相位差对计算结果影响较大,实际工程运用中应予重点关注。     

悬浮隧道水动力问题研究概述

悬浮隧道作为一种新型的跨水域交通方式近年来引起各国学者广泛的关注,文章在介绍悬浮隧道研究背景与各国发展状况的基础上,首先梳理了悬浮隧道断面形式与管体连接方式的相关研究,分析了不同断面形式的优缺点,概述了管段之间连接、支撑悬浮系统连接以及隧道两端连接的相关成果。文章重点围绕悬浮隧道水动力问题,系统梳理了针对悬浮隧道水动力荷载、不同荷载作用下的运动响应及锚索系统的涡激振动及其抑制问题的研究,最后通过总结前人的研究成果,提出了悬浮隧道水动力研究方面需要进一步关注的问题。     

考虑多场耦合的碰撞载荷下水中悬浮隧道动力响应

水中悬浮隧道通过系泊系统使其悬浮在水下一定深度处,与潜器的碰撞可能会使隧道结构产生较大运动响应,呈现大幅度的非线性位移,会使隧道失去原有的稳定性甚至对隧道安全性产生较大的影响。因此,本文开展考虑多场耦合场景下碰撞载荷作用下,水中悬浮隧道的运动响应研究。通过与文献中试验结果的对比分析,验证数值模型的有效性。建立水中悬浮隧道及其系泊系统的三维运动模型,同时通过Abaqus建立水中悬浮隧道的碰撞场景与STAR-CCM+进行双向耦合联合仿真,开展水中悬浮隧道被潜器撞击后的运动响应研究,并分析不同碰撞场景下水中悬浮隧道的运动响应变化规律。     

波浪作用下悬浮结构水动力特性分析

悬浮隧道作为一种新型的水上概念交通形式,自该概念提出以来,受到世界各国学者的广泛关注。为了有较好的水动力特性,通常做成类圆管形状。文章基于势流理论,采用高阶边界元方法建立数学模型,分析了悬浮隧道在不同环境参数下的水动力特性,对圆形、椭圆形和双圆截面结构所受波浪激振力、附加质量和辐射阻尼进行了分析比较,研究了结构物不同淹没深度、不同截面形状以及结构不同特征参数对其水动力特性的影响。研究结果表明:当淹没水深增加,圆截面受到的波浪激振力和辐射阻尼都会随之减小,而附加质量的变化较小;对于椭圆和双圆截面的比较,水平方向椭圆截面所受波浪激振力和附加质量都比双圆截面小,而在垂直方向的波浪激振力和附加质量则较大,且椭圆截面所受的辐射阻尼比双圆截面在水平和垂直方向上均较大;对于双圆截面,结构物受到的水平方向上的波浪激振力和辐射阻尼随着中心距的增大而增大,在垂直方向则体现出相反的趋势,附加质量在两个方向上都均随着中心距的增大而减小。本研究计算结果可为悬浮隧道相关工程的截面选择提供参考。     

波流联合作用下通载浮桥动力特性研究

为了研究波流环境中浮桥通载时的动力特性,探讨通载速度及波流联合作用对浮桥动力响应的影响,本文采用势流理论对浮桥所处流场的速度势进行分析,采用莫力森公式计算浮桥受到的水阻力,同时考虑多轴移动荷载的影响,建立系泊浮桥的时域运动方程;并对不同工况下浮桥的运动响应及系泊力进行了计算,在计算中考虑了瞬时湿表面变化对浮桥浮力及水阻力的非线性影响,通过计算得到了不同行驶速度、不同波况下浮桥各桥节的运动响应及系泊力时程曲线.结果表明:车辆行驶速度对浮桥桥节垂荡、纵摇响应及系泊力均具有明显影响,桥节垂荡、纵摇及上游系泊缆张力峰值随行驶速度增大而增大;通载浮桥中部桥节的系泊缆张力最大值小于两侧桥节系泊力最大值;波浪作用下桥节的运动响应及系泊力与车辆荷载引起的运动响应及系泊力具有一定程度的叠加效应,特别是垂荡响应的叠加效应更为明显;当波高较大时系泊力将由波浪作用控制.     

正向规则波作用下悬浮隧道时域全局动力分析

应用Morison方程和有限元法,将悬浮隧道管体假定为与岸坡固定的Euler-Bernoulli梁结构,通过将锚索与悬浮隧道管体、海底平面铰接,实现了锚索、悬浮隧道管体以及岸坡三者之间的动力学耦合,将线性波浪理论应用于Morison方程计算波浪荷载,在时域内采用Newmark-β隐式时间积分法迭代求解悬浮隧道的运动控制方程,进而构建了水下悬浮隧道的三维动力学耦合数值模型。研究结果表明：在长周期波主导的海域,适当增大水平方向的系泊刚度,将有利于控制悬浮隧道整体的位移幅值;隧道近岸处的锚索由于边界条件的影响,在波浪条件下将承受更大的张力,工程中应适当增加或加粗近岸端部锚索,排除安全隐患;悬浮隧道的锚索布置间距宜固定在250～300 m的范围内。     

波流共同作用下的航道边坡稳定性研究

以国内部分典型港区口外拦门沙段深水航道为研究对象,分析国内外近岸推移质研究现状。通过断面物理模型试验,考虑波浪、水流、水深及航道开挖坡度等因素,研究波流共同作用下沙质海岸推移质运动对航槽边坡稳定的影响,分析航道开挖边坡的稳定条件,为工程设计提供参考。     

随机波浪载荷作用下导管架平台动力响应及疲劳可靠性分析

主要针对波浪载荷作用下导管架式海洋平台结构的疲劳可靠性进行研究.采用Airy线性波浪理论,将导管架结构离散成空间梁有限单元结构;在此基础上采用结构模态分析方法,编程计算了平台结构在随机波浪载荷作用下的位移、速度、加速度和应力随机响应及其概率统计量.导管架结构疲劳可靠性分析建立在频域响应的基础上,假设结构响应的应力范围服从Rayleigh分布,利用结构应力传递函数得到结构应力响应谱,然后利用Miner线性累积损伤准则推导出结构疲劳寿命的概率分布函数,并考虑结构疲劳强度影响系数的随机性,求得结构在随机应力谱下给定疲劳寿命时的疲劳可靠性指标.文中所建立方法可用于导管架式平台结构的疲劳安全评估.     

波流作用下钢管桩动力响应的数值模拟

在港口工程和海洋工程中,钢管桩施工就位后就会受到波浪和水流荷载的作用,钢管桩在波流荷载下的动力响应对结构安全有重要影响;尤其是在上部结构没有完成时,桩只能靠自身结构承受这些荷载。文中选用改进的JONSWAP型谱模拟不规则波浪,根据莫里森公式计算作用于桩上的随时间变化的波流荷载,利用有限元法并结合newmark方法,得到钢管桩的结构内力和变形在时域内的变化。利用以上模型对一栈桥钢管桩进行了波流荷载作用下的动力响应分析,对于评估钢管桩的结构设计具有重要的参考价值。     

随机波浪下ROV缆索动力响应无因次分析

建立ROV作业系统垂向一维动力学模型,研究随机波浪激励下的动态响应。利用振动理论对方程无因次处理,得到阻尼比和频率比与响应关系的微分方程。采用双参数的PM波谱作为波浪函数,并对其无因次化。运用龙格库塔法对随机波浪和运动方程进行求解,得到缆索最大张力与各参数的关系,并分析缆索出现松弛的情况,并与谐波激励的响应作对比。结果表明,随机激励下,缆索的最大张力在频域出现多个峰值,在频率很大的范围内保持较大的张力,但峰值张力小于谐波激励的峰值。     

随机波浪下ROV缆索动力响应无因次分析

建立ROV作业系统垂向一维动力学模型,研究随机波浪激励下的动态响应.利用振动理论对方程无因次处理,得到阻尼比和频率比与响应关系的微分方程.采用双参数的PM波谱作为波浪函数,并对其无因次化.运用龙格库塔法对随机波浪和运动方程进行求解,得到缆索最大张力与各参数的关系,并分析缆索出现松弛的情况,并与谐波激励的响应作对比.结果表明,随机激励下,缆索的最大张力在频域出现多个峰值,在频率很大的范围内保持较大的张力,但峰值张力小于谐波激励的峰值.     

洋流作用下悬浮隧道动力学行为试验研究

本研究根据相似准则和试验条件设计试验模型。在试验模拟的1节悬浮隧道管段上分别布置2组和3组锚索支撑,测试在不同流速条件下,悬浮隧道管体结构的环向应变、轴向应变及张力腿锚索的轴力。根据试验结果,初步分析悬浮隧道应力的空间分布特征和张力腿的轴力情况;给出在相同环境条件下,张力腿锚索数量对结构应力的影响、洋流速度对悬浮隧道管段结构变形和张力腿轴力的影响关系等。     

随机波浪作用下砂质海床中的孔隙水压力响应

本文以动弹性固结理论和线性渗流理论为基础，建立了求解随机波浪作用下饱和砂质海床中孔隙水压力响应的有限元方程，并用Wilson-θ法进行动力响应求解。海床可为具有任何边界条件的分层分块介质，作用波浪可为任何形态的随机波浪。忽略波浪和海床的动态相互作用，海床面上的波浪压力可先按各种波浪理论进行计算，之后作为边界塔荷载作用于海床。计算孔隙水压力与模型实验的量测值吻合较好。通过计算讨论分析了砂质海床中的孔隙水压力响应。     

太湖水动力对悬浮泥沙作用的数值模拟*

湖泊中悬浮物浓度的影响因素主要是水动力条件,研究太湖水动力对水生植物的影响,有利于通过改善水动力条件来改善太湖水生态。采用三维水动力水生态数值模拟软件,建立太湖湖流模型和波浪模型,并经过模型验证;将验证好的湖流和波浪模型结果用于泥沙悬浮物模型的输入条件,计算不同湖流和波浪条件下的太湖冲淤变化和悬浮物浓度值,分析湖流和波浪对悬浮物浓度的影响。结果表明,太湖的水动力驱动作用力主要为风,风速越大,湖中水流和波浪越大,引起的悬浮泥沙浓度越大。利用数学模型可以很好地模拟太湖水流、波浪和泥沙三者之间的关系。