气幕式防波堤消波性能试验研究

本文通过在大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室的波浪水槽中进行的规则波物理模型试验,探讨了气幕式防波堤的消波机理及其影响因素.对不同入射波浪周期,供气量,气幕式防波堤的孔管型式等因素影响下气幕式防波堤消波性能的试验结果进行了分析和比较,分别给出了各因素影响下气幕式防波堤的透射系数以及反射系数的关系曲线.试验研究的结果表明,气幕式防波堤对短周期的入射波浪具有较好的消波效果.     

海底子母管线在规则波作用下的数值研究

采用三步有限元法离散N-S方程,建立了数值波浪水槽模型。数值研究了规则波作用下海底子母管结构的水动力特性。对海底子母管线所受波浪力的数值结果与物模实验结果进行比较。基于该数值模型,还考察了不同的子母管间相对缝隙G/D(0.1,0.25,0.5,0.75)对海底子母管线水动力特性的影响。分析得到了不同G/D下海底子母管线的涡脱落特性以及管线水动力系数随G/D的变化规律。结果表明,数值结果和实验结果吻合较好,该数值波浪水槽模型可用来计算波浪作用在海底子母管线上的水动力。关于不同G/D,得到了2种不同的涡脱落模式,在G/D较小(0.1,0.25)时,为"反相同步脱落"模式,在G/D较大(0.5,0.75)时,为"同相同步脱落"模式。     

海底悬跨管道在内流影响下的动力响应研究

海底管道是海洋油气工程的重要组成部分.如何保障海底管道的安全是设计和研究人员十分关心的问题之一.本文结合工程实际情况,应用有限元数值模型的耦合计算探讨了内流对海底悬跨管道动力响应的影响.针对水平输油悬跨管道,采用三维弹性动力学方程模拟管道,内部流体采用层流模型.通过在流固边界上反复迭代,进行管道及其内部流体系统的三维流固全耦合计算,得到管流耦合系统的固有频率,并与其它频率计算方法的计算结果进行了比较.同时对冲击载荷和波浪载荷作用下,不同流速内流对海底管道动力响应的影响进行了计算和比较分析.     

波浪作用下沉管隧道管段沉放过程的频域响应(英文)

大型沉管隧道管段的沉放是沉管隧道施工中的关键环节之一.为了解沉管隧道管段沉放过程中的运动特性,对双驳船施工沉放的沉管隧道管段进行了频域计算分析.基于线性波理论和三维分布源法,计算得到波浪作用下沉管管段沉放过程中的波浪荷载及频域运动响应.计算中假定驳船本身的运动较小,忽略了驳船的运动对管段运动响应的影响,缆绳作用力由静力学方法计算.计算结果表明,沉管受到的波浪荷载在靠近水面的位置较大,并随着沉管沉放深度的增加而减小;随着波浪周期的增大,沉管受到的波浪荷载先增大而后减小;沉管的运动响应一般在离水面近的位置较大,并随着沉放深度的增加而减小.     

稳定流作用下海底悬跨管线涡激振动研究

讨论了目前用于海底悬跨管线涡激振动预报的主要数值模型,针对海底管线悬跨段涡激振动问题编制了有限元分析程序,程序采用梁单元模拟管跨结构,动力响应计算方法采用VIVANA模型,模型控制方程采用Newton-Raphson迭代算法求解。采用Larsen,Koushan等人(2002)和Larsen,Baarholm等人(2004)给出的两组不同的用于确定升力曲线的参数曲线进行计算,将计算结果与Tsahalis(1984,1987)的模型实验结果进行了比较。结果表明本文的涡激振动模型能够预报间隙比e/D=∞时海底悬跨管线的涡激振动响应;采用Larsen,Koushan等人(2002)参数曲线得到的计算结果与间隙比e/D=∞时的实验结果符合较好,Larsen,Koushan等人(2002)参数曲线较Larsen,Baarholm等人(2004)参数曲线更适合于海底悬跨管线的涡激振动预报。     

Identification of hydrodynamic forces on a flexible pipe near plane boundary subjected to vortex-induced vibrations

Formally,use of system identification techniques to estimate the forces acting on the beam may give information on hydrodynamic forces due to vortex-induced vibrations(VIVs),but no results from such attempts for submarine pipeline spans have been reported.In this study,a pipe model with a mass ratio(mass/displaced mass) of 2.62 is tested in a current tank.The gap ratios(gap to pipe diameter ratio) at the pipe ends are 2.0,4.0, 6.0 and 8.0.The response of the model is measured using optical fiber strain gauges.A modal approach linked to a finite element method is used to estimate the hydrodynamic forces from measurement.The hydrodynamic force at the dominant response frequency is the major concern,and the lift force and added mass coefficients are calculated.Response calculations are performed using force coefficients from the inverse force analysis and the calculated results are in accordance with the experimental data.     

固定海床上海底管跨顺向和横向耦合振动实验研究

虽然对于圆柱体结构涡激振动问题的研究很多,但是对于海床近壁影响下海底管跨顺向和横向耦合涡激振动特征了解的还相当少。文章在波流水槽中开展了实验研究工作,对固定海床上海底管跨顺向和横向耦合振动进行了探索。实验模型由一根长2.6m,外径为16mm,壁厚为0.3mm的钢管制作而成,模型质量比为2.62。实验间隙比为2.0、4.0、6.0和8.0。模型的动力响应采用光纤光栅应变传感器测量,每个振动方向沿模型管线长度方向均匀布置四个传感器。利用模态分析方法对应变数据进行处理得到模型的振动位移响应,进而分析得到振动频率、响应幅值、模态特征等数据。对不同间隙比条件下管线横截面运动曲线沿管长的变化以及随流速的变化进行考察,发现对于e/D>2.0,运动曲线表现为常见的8字形,但是对于e/D=2.0,横截面运动曲线表现为泪滴形图样。各间隙比条件下顺向振动频率与横向振动频率的比值大部分集中在2.0附近,证实了对于锁定范围内的流速,顺向振动频率是横向振动频率的2倍。     

规则波对弹性支承水平板冲击压力的概率分析

通过模型试验研究了规则波对弹性支承水平板冲击压力峰值的概率分布。文中通过对不同组次的试验数据进行统计分析,首先给出了弹性支承与刚性支撑之间水平板波浪冲击压力历时曲线的各自特征;其次研究了弹性支承水平板波浪冲击压力峰值的超值概率分布及拟合曲线和参数;最后讨论了弹性支承刚度与威布尔分布三参数之间的关系。     

新型浮式防波堤水动力特性试验研究

结合开孔圆弧型结构和矩形结构在防波堤工程上应用的优点,提出了一种由开孔圆弧、矩形方箱和锚链系统组成的新型浮式防波堤结构.通过二维波浪水槽中的规则波物理模型试验研究了该浮堤的消浪性能、运动和锚链受力等水动力特性与相对宽度(W/L),相对吃水(s/d)等因素之间的关系并与传统的箱型浮堤进行了对比.结果表明在试验范围内该新型浮堤具有消浪效果好、运动幅度小以及锚链受力小等良好的水动力特性.     

波浪变态模型试验变率影响的计算机仿真研究

基于MIKE21软件系统中的Boussinesq模块,应用波浪运动相似关系,建立了以波浪折射和绕射为主的多个不同变率的变态模型,并对不同变率模型的港内波高分布进行了模拟.入射波浪为随机波,变态率取为1～3.通过不同变态模型计算结果和正态模型计算结果以及原型数值计算结果的比较,就变率对试验结果的影响进行了探讨,并给出了不同情况下的变率允许值的适用范围.