波浪诱发海床液化的弹塑性数值模拟

波浪作用下海床的液化分析是海底管线、防波堤和海洋平台设计中必须仔细考虑的问题。基于循环弹塑性本构模型和二维广义Biot理论,建立了以土骨架位移和超静孔隙水压力表达的形式的有限元方程,并利用Newmark-逐步积分法求解时域动力方程,对海床在波浪作用下的分析表明,该方法能够较好地模拟波浪诱发海床液化的发展过程,通过变换波浪参数讨论了波浪周期对液化的影响。     

固定式平台管道立管动力响应及疲劳强度分析

固定式采油平台管道立管是联接海底管道与平台油气集输设备的重要环节。海浪等随机载荷的作用可能使立管产生腐蚀疲劳破坏。本文在频率域用有限元法分析了立管在海浪、海流及海风等载荷作用下的随机位移及应力响应。并用断裂力学方法分析了立管的疲劳强度。     

浮绳式网箱框架纲波浪力特性的初步试验研究

结合生产的实际需要,沿海浮绳式网箱生产的作用日益突出,因而研究其水动力特性非常重要。根据这一需要,采用预加张力的直交系泊方法,依据目前柔性浮绳式网箱尺寸和渔具模型试验方法设计、制作了一个柔性浮绳式网箱模型（1 m×1 m×1 m）,并进行了水槽试验。试验工况为规则波,周期为0.8～2.0 s（间隔0.2 s）,波高为50～250 mm（间隔40 mm）。在不同波浪周期、波高下,根据测量数据,分析研究作用在浮绳式网箱框架纲上波浪力的特性。试验结果表明：波浪力的变化与波浪特性相似,呈周期性、不对称变化,垂直于波浪方向的2根框架纲的波浪力峰值比与波浪方向平行的2根框架纲的稍小。框架纲上的波浪力不是同步变化的,存在一定相位差,但由于框架纲是柔性绳索制成的,因而能承受由于不同相位波浪力产生的扭矩剪切作用,证明了波浪作用下HDPE网箱常受到破坏而浮绳式网箱安然无恙的事实。最后,就水流和波浪共同作用下的网箱水动力学进行了试验研究,发现波流共同作用下的水动力值并不是单独在纯流和纯波下的水动力的值的简单相加,而存在一修正项。     

红树林消波效应研究进展

对红树林消波效应研究的进展情况进行了综述.红树林消波效应的研究主要集中在东南亚地区,研究的主要途径是通过野外测量来分析红树林对波浪的消减情况以及波浪消减率与红树林植被特征、水文特征的相关性,其次是通过建立理论模型来模拟红树林对波浪的消减效应.     

考虑薄层连接单元的桩-土-结构动力有限元分析

考虑土和结构物的动力相互作用时，两者之间的接触状态必然对基础和结构反应产生影响．通过假定桩土接触面薄层单元本构关系特征，人为地在两种不同材料交界面上引入一种位移间断面，并采用有限元方法将其位移及刚度反应到桩土子结构中．文中给出了桩-土-上部结构动力有限元平衡方程．计算分析表明，考虑薄层单元接触效应与假定桩土位移一致协调条件下所得的动力反应结果是有一定差异的     

圆截面压电曲杆在冲击载荷作用下的动力响应

对三维压电圆截面曲杆受到冲击荷载时的动力响应进行了研究.在正交曲线坐标系中建立了压电圆环形曲杆中波传播的空间运动方程.通过Fourier级数展开对冲击应力进行模拟,结合已得到的频散关系和边界条件求出径向位移响应的波幅系数,再通过频散方程确定了各位移电势幅值系数之间的关系,得到曲杆受冲击荷载作用下的波幅系数.应用本构关系得到所需的应力、电势及位移响应.     

规则波和不规则波在刚性植物区波能衰减的试验研究

为深入了解湿地植物对近岸波浪的耗散作用,通过物理模型方法,对规则波和不规则波越过岸坡前刚性植被水域的波能衰减进行了试验研究。结果表明:当波浪通过植物区时,有效波高在植物区内逐渐衰减,规则波和不规则波波高消减率分别为29.8%和31.4%;在植物分布密度、波浪周期等参数相同的情况下,刚性植物高度为40 cm,有效波高为8、6、4 cm时,不规则波衰减率分别为41.3%、37.3%和31.3%,规则波有效波高衰减率分别为35%、30.8%和26.1%,无论是规则波还是不规则波,可见入射波浪的波高越大,消波作用越明显;刚性植被高度为40、20 cm植物区的波高(6 cm)衰减率分别为32.3%和21.0%,植物高度越大,波能消减作用效果越好,同样的参数条件,波高h=30 cm的波高衰减率为14.6%,h=40 cm的波高衰减率为9.9%,水深为30 cm时的消波作用优于水深为40 cm时的消波作用,随着水深的增加消波效果降低。本研究结果对于湿地刚性植物与波浪间的相互作用研究提供了参考依据。     

长悬臂干挂石材支撑结构体系设计及其动力分析

利用ANSYS软件建立了干挂石材支撑结构体系数值模型,对结构体系进行竖向静力荷载作用下的受力分析:结构体系在竖向荷载作用下最大侧向位移为0.0288m,最大竖向位移为0.0053m,结构体系中构件的最大屈服应力为110MPa。在7度罕遇地震作用下选取3条不同的地震波EL-Centro波、Taft波和人工波对结构体系进行了动力分析:结构体系的竖向位移基本保持不变,而最大侧向位移出现增大,尤其在Taft波作用下,最大侧向位移达到0.0558m,相比静力荷载作用,其值增加了93.8%。上述研究结果表明,结构体系的竖向和侧向承载力及刚度均满足设计和施工要求。     

立管严重段塞流的一维数值计算与试验对比

针对海洋立管的严重段塞流现象,在等温条件下,采用特征线法,根据下倾管和立管中的气液相连续性方程和动量守恒方程,以及严重段塞流的4个不同阶段的特点,考虑气相的压缩性,分别建立了4个阶段相应的瞬态流动模型,进而得到了准平衡态的一维立管系统严重段塞流物理模型。将模型计算结果和立管试验数据进行对比,结果表明:计算得到的段塞周期和立管底部压力等特征参数与试验数据吻合较好。     

双浮体波能装置的功率转换特性研究

双浮体波能装置属于漂浮振荡浮子式技术的一种形式,研究其功率转换特性对于波能装置的发展具有重要意义。基于线性波理论和粘性阻尼理论,建立了装置的双自由度受迫振动方程,并以波能装置的外部阻尼作为优化变量,推导了最佳阻尼条件下波能装置吸收的最大功率表达式;采用HydroStar计算功率表达式中的附加质量、阻尼系数和波浪激励力,进一步求解出波能装置所吸收的功率和俘获宽度比,文中还结合实际海况分析了双浮体的主要几何参数变化对波能装置功率转换特性的影响。     

海洋立管错列涡激振动特性数值模拟

为了掌握海洋立管系统的涡激振动规律,发展了广义α法求解圆柱振动方程,增强了解法的稳定性,在改进特征线算子分裂(Characteristic Based Split,CBS)求解流场方程的基础上,提出了流-固耦合有限元解法计算涡激振动问题,并通过基准算例验证了解法的精度和稳定性。运用该解法数值模拟了低雷诺数下多种工况条件时两错列圆柱的涡激振动过程,结果表明:当攻角较小时,上游圆柱脱落的涡直接与下游圆柱相互作用,增加了下游圆柱上、下表面的压差,导致大尺度涡激振动现象,而此时下游圆柱的振动频率由上游圆柱的涡脱落过程决定;当攻角较大时,下游圆柱将脱离上游圆柱的尾迹区,其绕流流场、受力情况及振动频率均趋近于单圆柱情况。研究结果可为海洋立管系统布置的工程应用提供参考。     

冲击作用下桩的竖向振动分析

在桩基工程中,为了检验单桩的工程质量,亟需采用准确、快速而简便的无破损检验法。实践证明水电效应法是这类方法中行之有效的一种。本文对等截面桩受分布扰力作用下的竖向振动进行了分析,得出了六种不同边界情况的桩竖向振动的频率方程和在桩顶面受水电效应激发的冲击力作用下桩竖向强迫振动的位移响应解答,并对其中一种典型边界情况的桩顶位移响应作了数值计算。此外,文中还给出了几种典型情况的前二十阶固有频率值。     

浅海埋地双层管道过渡段长度的计算

过渡段是浅海采油平台立管系统的一个部分，由于管道温差和内压引起膨胀会使立管过渡段的端部产生位移，对整人立管系统产生影响。如果过渡段端部位移过大，过渡段将一平台接触，对整个立管系统和采油平台造成危害，因此，对立管系统进行分析必考虑过渡段对立管系统的影响，而考虑过渡段的影响，必须首先确定过渡段的长度。考虑到目前浅海海底管道大多采用双层结构，提出用整体等效法计算又怪管结构过渡段的长度，并根据这种方法推导     

考虑脉动风速的平面刚架日光温室结构动力响应规律

日光温室骨架结构属轻型结构,跨度较大,对风荷载较为敏感。为解决风荷载作用下日光温室的动力响应问题,确定骨架结构危险截面的位置,基于Timoshenko梁理论,提出平面刚架模型的日光温室在风荷载作用下的动力响应分析的被研究块体方法。首先根据Timoshenko梁微元体思想,设计被研究块体的构成方式;基于Timoshenko梁理论,推导出平面刚架模型的日光温室钢骨架结构的控制方程,给出了算法的实现过程。然后采用两端自由的变截面梁的弯曲波传播算例,验证方法的有效性。在数值模拟风速、实测风速作用下分别对平面刚架模型的日光温室骨架结构动力响应进行时程分析,得到钢骨架的节点位移和截面应力空间最大值的位置。结果表明:位移的2次峰值分别在迎风面高度1和3m附近,钢骨架中最危险的截面为温室左端附近,应力最大值为321MPa,弯曲应力是引起应力迅速增加的主要原因。脉动风荷载作用的节点位移和截面应力明显大于平均风荷载作用的相应值。日光温室钢骨架结构的动力响应分析需要考虑脉动风荷载的作用,且不能忽略弯曲应力对截面内力的影响。     

等截面弯曲杆件刚度方程的推导和认识

位移法是计算高次超静定结构的重要方法,等截面弯曲杆件的刚度方程是其基础。文章详细论述了刚度方程的两种推导方法,分析了两种推导方法的内在联系。这有助于更深地理解超静定结构相关内容,也可以进一步了解单位荷载法的应用。     

海洋立管气液两相流动模拟研究进展

随着海洋石油工业的发展,从20世纪70年代的浅海立管到21世纪的深海立管,海洋管道发展了多种新的形式,如悬链线立管、S形立管等。对于各种混输立管系统,严重段塞流等不稳定流动会造成设备损坏,严重影响安全生产。因此,实现立管流动的准确模拟,通过合理设计和科学运行控制、消除严重段塞流,具有重要意义。综述了国内外海洋混输立管流动模拟的研究成果,包括L形立管和柔性立管的实验研究、模型模拟及软件模拟的主要进展。指出了当前研究中存在的问题及未来的研究方向,可为进一步开展立管流动模拟研究提供参考。     

河口海岸区潮流波浪联合输沙的理论及数学模型

针对河口海岸区潮流波浪联合输沙的机理进行了理论研究。据潮流，波浪时间尺度不同的特点，引入奇异摄动理论中的多重尺度法，将Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程和质量传输方程进行分离，得到不同尺度下相互耦合作用的潮流方程，从数学上表示出了潮流间的相互作用和影响。并从缓坡方程出发，推求了缓坡非均匀流中波浪传播的折绕射模式，并对潮位和流速变化要素进行了求解。     

瑞利面波频散曲线的理论计算研究

通过定义一种新的位移应力矢量和势矢量，导出了一种新的传递矩阵，其形式简单明了，而且所有的矩阵元素均为实数值且为无量纲量，这种独到的优点使得本文的方法在数值稳定性上得到了很好的改善，在此基础上本文还对表面位移及短波、长波近似进行了研究，数值计算结果验证了本文方法的有效性，且表明了本文的方法完全适用于平面瑞利面波频散曲线的理论计算，扩宽了本文方法的应用范围。     

基于冲击弹性波的钢筋混凝土梁损伤识别

为实现对钢筋混凝土桥梁的损伤快速识别的目的,本文在已广泛应用的振动测试技术基础上,结合冲击弹性波检测技术进行静力加载,利用非接触式应变位移视频测量分析系统采集不同工况下试验梁加载全过程的应变云图和裂缝开展特征,然后进行动力激振,通过冲击弹性波在梁体内不同阶段的传播规律对试验梁进行动力损伤识别研究。结果表明:与完整试验梁相比,梁体产生裂缝后冲击弹性波信号出现了差异,加速度峰值时间差呈明显增大趋势,提出了"损伤时间差"指标来判别损伤的位置和大小,据此,可实现对钢筋混凝土梁的快速动力评价。     

国管分层流的数值模拟

从流体力学中的N-S方程出发,建立了圆管两相分层层流的流动数学模型。通过两相分层层流相互作用的流体力学分析,提出了两相流动界面的耦合条件,得到了一组完整描述两相国管分层流的数学方程。通过数值求解分层流的数学方程,得到了对工程实际应用有重要价值的流动规律。应用圆管两相分层流的流动规律,可以实现高粘流体的高效率输送。