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。     

长江口软基围堤施工的加载速率效应

针对长江口某围堤施工软土堆载过程中的稳定性问题,进行不同加载模式下的应力路径试验,分析长江口软黏土的应力-应变关系、结构损伤特性、强度及应变率发展模式,为该围堤工程的施工速率选取及施工过程中的稳定性控制提供技术依据。结果表明:在不考虑固结的前提下,土体的不排水抗剪强度几乎不受加载模式影响;最终强度与达到破坏时的应变大小无关,但与分级加载时间和分级静置时间存在相互作用关系;土体失稳时的应变率与加载速率和静置时间均有一定关系,且加载速率的影响更大;当加荷超过不排水抗剪强度的80%时,或分级最大应变率逐渐偏离加载初期的线性变化,土样濒临破坏。     

三种减少直流断路器的船舶中压直流电网拓扑结构及性能比较

为保护整流变换器及减少短路时电网中电容放电的影响,船舶中压直流电网中存在大量断路器,造成结构复杂成本高,为此本文提出三种结构的变换器,即基于级联H桥与多端DC/DC的结构(TMPDC),基于MMC整流与逆变的多级调压结构(MVR)和基于不控整流与模块化多电平变换器(MMC)驱动负载结合的结构(UR-MMC)。本文对三种结构的组成与特点进行了分析,并在电压谐波,功耗,体积,故障特性等方面进行了比较,最后通过仿真进一步阐述了不同结构在运行波形上的差异。通过各结构的特性分析,为中压直流电网在船舶上的应用提供了参考。     

深中通道西人工岛岛形对护面块体稳定性和堤顶越浪的影响

针对深中通道西人工岛特殊岛形,利用物理模型试验手段,验证最不利波浪作用下块体稳定性和堤顶越浪量。结果表明:入射波在内凹的岛壁弧顶迅速形成能量聚集,在岛端部外凸出转角处产生波能释放和漩涡流等复杂不利的波态;凹凸多变岛形也导致护面的扭王字块块体咬合性能减弱,多因素影响致使质量5 t设计护面块体失稳,经多次优化后,岛壁堤身段增加至8 t、端部转角特殊段须增加至14 t方能稳定;岛壁越浪规律为沿波浪入射处至端部转角段逐渐增加。将试验结果与规范公式计算结果、二维水槽断面试验结果进行对比,得到结论:受岛形影响下的稳定质量和越浪均偏大,尤其端部转角凸出的特殊区域,因此设计应给予关注,尽量遵循规范的相关规定,即"轴线向外侧拐,保证夹角大于150°以上"的要求。通过试验也再次验证了三维整体试验在稳定性、越浪量和优化设计方面的必要性。     

梯级电站变动回水区设计最低通航水位确定方法

梯级电站变动回水区受上游电站下泄流量与下游坝前水位双重影响,设计最低通航水位的确定十分复杂。传统的设计最低通航水位保证率主要对流量进行统计,指标不够全面;而且设计最低通航水位计算工况组合的选取具有一定的偶然性,实际设计过程中可操作性不强。提出入库流量与坝前水位组合保证率计算方法,该方法综合考虑了入库流量与坝前水位遭遇组合的概率。利用该方法可合理确定梯级电站变动回水区设计最低通航水位,同时结合电站调度方案,在电站可接受的调度方式下,投入最少的资金对航道进行整治,以达到最优的效果。     

无梁板式高桩码头温度效应分析

气温的年变化会引起结构内温度的均匀变化,从而使得结构内部产生变形和内力,在高桩码头工程中温度作用往往会引起不利影响。为了研究无梁板式高桩码头的温度效应,基于无限板的热传导规律,以工程实例为依托,利用有限元软件ABAQUS建立三维模型。结合杭州地区的逐时气象资料,研究了气温变化特征、面板温差场以及结构变形与位移的变化规律,并对基本气温的选取进行讨论。结果表明:气温在无梁面板中呈现以厚度方向为主的一维传热特征,温度场在水平向分布均匀;气温年变幅在面板内几无衰减,日变幅对面板温度影响不可忽略;面板的整体温差与竣工时气温和年平均气温差,以及年变幅、日变幅的衰减值有关;无梁板码头基桩的温度响应受面板的整体温差控制,两者瞬时同步变化。     

基于南方CASS软件的土方量计算方法

威海内海吹填工程主要施工内容是采用吹砂挤淤方式进行吹填,吹填区吹填完成后采用机械压实。在施工过程中须多次对吹填区进行进度测量,涉及土方量的计算频率较高。为保证工程土方量的计算准确,将南方CASS软件的不同土方量计算方法进行对比,并结合工程实际情况分析选择合理的计算方法,从而为工程质量和进度控制提供依据。结果表明,选择合适的计算方法不仅能够准确地计算土方量,还能形象地反映现场的实际情况。     

带缆水下机器人控制仿真模拟与水动力分析

本文以Fluent多重滑移网格技术对带缆水下机器人系统进行路径跟踪的仿真计算,将收放缆反馈控制与PID算法调节螺旋桨转速的双重控制策略应用于带缆水下机器人系统,并对带缆水下机器人系统升沉运动的控制误差、螺旋桨推力与转速之间的关系、缆绳系统的张力特性以及水下机器人的水动力响应做了分析。文中数值模拟结果表明,双重控制策略下,带缆水下机器人路径跟踪的控制运动较为精确,其升沉运动位移最大误差约为0.2 m;螺旋桨的转速与推力呈正相关性,转速越大,推力也越大;水下机器人沿预定轨迹运动过程中,缆绳系统张力呈现周期性震荡的变化规律,机器人主体受到的水动力荷载与多种因素相关。     

轴向板条对海洋立管涡激振动抑振的数值研究

涡激振动是一种在海洋工程领域普遍存在的流固耦合物理现象,易导致海洋立管等结构物发生疲劳损伤或失稳。本文为抑制涡激振动而提出一种附加轴向板条的方案,采用非定常流体数值计算方法求解分析不同分布形式下的轴向板条对海洋立管涡激振动特性的影响。首先定义轴向板条的分布形式;采用Newmark-β法求解立管双自由度振动方程并编写UDF,计算采用k-ω/SST湍流模型,并结合动网格技术模拟立管的振动过程。研究结果表明,轴向板条对海洋立管具有较好的抑振效果;当轴向板条数目n=20时,流向振动幅度减小78.57%,横向振动幅度减小58.10%。本文研究结果可为海洋结构物涡激振动的抑振提供参考。     

地下工程平衡稳定理论再研究

目前,地下工程结构在计算分析方面主要采用传统松弛荷载理论（类似荷载结构法）和数值分析法;在合理结构构造、施工工法等方面主要采用岩承理论（类似地层结构法）,这些已有理论或方法隐含“变形协调控制”假定,实际应用中往往将这些假定忽视,因而需进一步发展新的理论方法以适应实际应用的需求。在大量工程实践和试验的基础上,揭示地下工程有效承载结构层与围岩荷载转移规律之间的关联性,建立地下工程平衡稳定理论,此理论既能反映传统“松弛荷载理论”和现代“岩承理论”的基本内容,又能拓宽平衡稳定性等内容,是地下工程平衡稳定性的新认识、新理念; 同时提出能量控制技术、预支护技术、受力独立性综合技术、变形协调控制技术4项关键技术。将这些技术合理地运用到实际工程施工中,将便于利用已有或新成果分类预防和控制地下工程质量和安全,为解决新型地下工程问题提供新的依据。