浮体锚泊系统计算分析

利用数值方法研究了锚泊浮体在风、浪、流联合作用下的运动响应和锚链线张力变化规律.采用的数学模型主要包括三维锚链线静力模型和浮体频域运动模型.在数值计算中,分别采用有限差分法和频域格林函数法求解三维锚链线静力模型和浮体频域运动模型得到锚泊系统的总体刚度和浮体的水动力参数,据此求解锚泊浮体运动方程,得到锚泊浮体的运动响应和锚链线上的张力变化.对一锚泊半潜式海洋平台的实际校核应用证明,本方法可以提供具有工程精度的锚泊性能预报.     

基于AQWA的半潜式深水钻井平台运动响应与锚泊系统张力响应分析

根据南海海域海洋981半潜式深水钻井平台的实际工况,分析了该钻井平台与锚泊系统的风、浪、流等环境载荷;以海洋石油981半潜式深水钻井平台作为锚泊定位系统研究的对象,应用AQWA进行模拟仿真,建立了平台的三维模型,并分析了钻井装置在波浪载荷作用下的运动响应;鉴于该深水钻井装置采用12点对称布锚方式被固定在海平面上,通过改变顶部预张力倾角,分析在不同环境载荷下,顶部预张力倾角对锚泊系统的张力响应和钻井装置运动响应的影响。     

缆绳直径对多浮体系统动力性能的影响

为了解多浮体系统动力性能与系泊缆直径的关系,利用频域势流理论对柔性多浮体系统进行理论分析,计算出浮体运动RAO(响应幅值算子),讨论了波向角为0°,45°和90°工况下系泊缆直径对浮体运动响应和缆索张力的影响。结果显示,系泊缆直径从56mm渐增至114mm时,穿梭油轮的最大水平位移减小,最大横摇角增大,柔性装置的水平运动响应增强,浮体间最大系泊缆力的最大张力增大2~5倍;受柔性装置扭转效应的影响,最大系泊链力随直径渐增而迅速增大。分析表明,系泊缆直径是调节多浮体系统性能的一个重要参数,对整个系统的动力性能有显著影响,设计时应予以充分考虑。     

基于Sesam的柔性连接浮式栈桥波浪动力特性分析

为了保证浮式栈桥能够在波浪中正常使用,基于三维势流软件Sesam对系泊浮式栈桥的运动响应与缆绳张力进行非线性时域耦合数值预报。分析了桥节间有无缆绳连接、浪向角等因素对浮式栈桥运动响应的影响。计算结果表明,浮式栈桥的运动响应与缆绳张力受缆绳连接与浪向的影响很大。在有义波高为1.25m谱峰周期为6s时,有缆绳连接的桥节间相对纵荡最大幅值是无缆绳连接时的0.54倍;当浪向为90°时,浮式栈桥横荡方向与垂荡方向运动幅值范围最大;当浪向为105°时,桥节间相对纵荡运动幅值最大。综上所述,桥节间有缆绳连接可以大幅度减少其相对运动幅值,在布置浮式栈桥时,建议选取浪向角为150°~180°。     

模块化海上平台连接器的动力响应研究

采用刚性模块刚性连接器（RMRC）模型对模块化海上平台连接器的动力特性进行了研究。在该模型中,将由模块拼装而成的海上平台看成一个整体结构,而连接器的载荷简化为结构相应剖面的载荷。基于三维势流理论,通过引入“高频低速”的假设,推导了低航速浮体在波浪中运动及载荷响应分析的理论和方法。计算了2种海况、4种结构尺寸、7种浪向角下结构连接器的载荷响应,得到了连接器动力响应与海况、结构尺寸及浪向角之间的关系和规律,为模块化海上平台连接器的设计及使用提供了有益的借鉴。     

水流作用下锚泊浮体平衡位置及姿态的求解方法

为了求解锚泊浮体在波浪中的运动响应或是受失控船舶碰撞时的运动响应,首先得求解锚泊浮体系统在不同外部环境下的平衡位置,以获得较为精确的锚链和浮体的初始状态.将锚链考虑为可拉伸的悬链线,建立锚链力的求解方程.以浮体在各个方向的所受力(矩)的平衡为收敛条件,通过迭代求解锚泊浮体系统在海流作用下的平衡位置.结果表明,系统除了在不同流向和流速作用下具有不同的平衡姿态外,还会由于投锚误差导致平衡姿态的不同.     

海洋资料浮标锚泊系统的系泊力计算

为了准确预报海洋资料浮标的受力及运动情况,建立了浮标锚泊系统的运动方程,提出了在海洋环境中作用在浮标及锚系上的各种外载荷的计算方法,得到了浮标的运动方程以及锚系的受力表达式。在计算锚泊系统的外载荷时,考虑了作用在锚系上的海流载荷以及由波浪载荷引起的波频运动对锚系的影响。通过算例在时域内对浮标锚泊系统的运动和张力进行了数值模拟计算,结果表明,该方法满足海洋工程中对浮标系统运动和受力分析的精度要求。     

铰接多浮体系统在规则波作用下的运动响应

基于线性势流理论,利用模态法在频域内研究了铰接多浮体结构在规则波作用下的运动响应.首先采用边界元法建立边界积分方程求解水动力系数及波浪激振力,然后基于最小势能原理采用拉格朗日乘子法推导出系统的约束矩阵,并利用该约束矩阵建立系统运动方程求解各运动模态的运动响应幅值.通过与已发表的5个铰接漂浮方箱在规则波作用下运动响应结果的对比,证明了方法的正确性和有效性.以3个铰接的箱型浮体为例,讨论了水深、铰接位置对结构运动响应的影响.研究发现水深、铰接位置均会对结构的运动响应产生一定影响,且对于不同的波浪周期其影响程度也不同.     

超大浮体的多段梁模型特性分析

为分析超大型浮体的水弹性响应特性,以某超大型浮体为研究对象,通过建立多段梁模型,并利用ANYSY软件进行结构干模态分析,利用流体分析软件求解得到结构的水动力系数,最后通过水弹性计算程序对超大型浮体在不同浪向、不同波长波浪作用下的水弹性响应进行了研究。同时,为分析超大型浮体连接件刚度的影响,对不同连接件刚度下的水弹性响应进行了对比分析。计算结果表明,长波作用下浮体的刚体作用占主导,而在短波作用下弹性变形占主导;浮体对波浪的浪向较为敏感,但弹性变形的最大值一般出现在波长接近于浮体在波浪入射角方向上投影的长度时,浮体的水弹性响应对连接件的刚度较为敏感。     

张力腿平台局部系泊失效模式下动力响应分析

针对浮体-张力筋腱非线性耦合系统,采用时域分析方法对局部系泊失效下的张力腿平台进行动力响应分析,重点研究两根筋腱失效时筋腱失效位置、波浪载荷参数与平台各自由度动力响应的关系.结果表明:局部系泊失效对平台横荡、纵荡、艏摇自由度的动力响应影响远小于横摇、纵摇、垂荡自由度;失效位置与平台动力响应关系密切,失效筋腱位置越集中,平台响应越大,反之亦然;筋腱失效后平台在不同波浪载荷参数下的运动特性及顶端张力表现各异.垂荡瞬态阶段响应对波高和波周期敏感性较强,垂荡稳态阶段响应对浪向、波高和波周期敏感性较强;纵摇(横摇)瞬态和稳态阶段响应对浪向、波高和波周期敏感性均较强;波浪载荷参数对筋腱顶端张力的影响较小.     

波浪在圆弧型浮式多孔介质防波堤绕射的解析

为研究圆弧型浮式多孔介质防波堤的防浪效果,给出了圆弧型浮式多孔介质防波堤对波浪绕射计算的解析方法。假定防波堤刚性垂直薄壁、空间固定、水深恒定。假想存在一个圆柱面,把流场划分为内外区域,在每个区域上将速度势用特征函数展开,然后在它们的公共边界上进行匹配。匹配的原则是公共边界上速度连续、压力连续,从而可得到关于未知系数的一组线性代数方程组,解出未知系数,即可求得流域中任意一点的速度势和波高。数值结果给出了不同入射波波长及防波堤不同垂向沉深和不同孔隙率时防波堤周围波幅的等高线图。结果表明,圆弧型浮式多孔介质防波堤的防浪效果与入射波波长和防波堤的垂向沉深及孔隙率密切相关。     

未确知均值分级方法及在回采巷道围岩分类中的应用

为将未确知数学理论应用到回采巷道围岩分类问题中,提出了未确知均值分级方法,建立回采巷道围岩分类的未确知均值分级模型.从巷道地压显现的特点及支护的难易程度两方面选取了6个主要影响因素,如巷道埋深、跨度、直接顶与煤层厚度的比值、围岩强度、围岩节理发育程度,松动圈大小作为判别指标,利用30组巷道围岩实测数据建立回采巷道围岩分类的未确知均值分级分析模型.应用该模型对平顶山矿区4条回采巷道围岩进行了分类预测.结果表明,预测类别与实际类别相吻合,这说明用该模型研究巷道围岩类别具有良好的实用性和有效性.该方法可为回采巷道围岩的分类提供一种新思路.     

基于点线回路优化求解TSP的一个新算法

快速有效地解决TSP问题,有着重要的理论价值和极高的实际应用价值。提出了基于点线回路优化求解TSP的算法,首先将原基本回路切去一些点(线段、路径)变成残缺回路,然后把切去的点(线段、路径)重新插入到残缺回路的所有节点之间,生成新的基本回路,切去点(线段、路径)的数量,从一个变到基本回路节点数的一半。算法实现容易、运行速度快,生成的结果接近其最优解。算法尽量避免了陷入局部极小,使得在短时间内能够求解较大规模的TSP问题。     

基于延迟时间理论的设备点检周期模型

为了解决传统设备点检周期依靠经验进行判定、缺乏理论支持的问题,提出了设备点检周期模型。基于延迟时间理论,以设备潜在故障以及P-F间隔为基础,建立了区分设备初始点检间隔期与重复点检间隔期的设备两阶段点检周期模型,以单位时间设备运行平均费用最小为决策目标,确定最佳的设备点检周期。所建立的点检周期模型适用于设备精密点检及解体点检周期决策问题。给出了模型实际应用算例,验证了点检周期决策模型的有效性。     

Volterra模型参数灰色辨识的变步长Simpson数值积分法

针对观测数据的非等间隔性及波动性严重影响参数辨识精度问题,基于拉格朗日插值公式,推导出了变步长Simpson数值积分公式,并结合灰色系统理论,提出了一种模型参数灰色辨识的改进方法.用此方法对Volterra模型中的参数进行了辨识仿真,与以往的曲线拟合方法进行了对比分析,并简要分析了模型的初值问题.计算研究表明,基于变步长Simpson数值积分公式的灰色辨识方法在处理非等时间间隔以及数据波动性较大的参数辨识问题时稳定性较好,可满足高精度辨识模型参数的要求.     

1998年7月中高纬阻塞高压对我国东北特大暴雨影响的诊断分析

利用湿位势涡度 ,对 1 998年 7月中高纬阻塞高压存在时期 ,我国东北地区发生的特大暴雨的天气形势进行详细的诊断分析 ,结果表明中高纬阻塞高压稳定维持于 50°N,1 30°E的地区是造成我国东北地区特大暴雨的重要原因之一。同时也对中高纬阻塞高压形势稳定维持于这一地区时的冷暖空气的活动路径、暴雨发生的位置以及产生暴雨的机理进行了较详细的讨论。     

500kV地下变电站基坑围护结构抗震影响因素

以上海世博会500 kV地下变电站基坑围护结构为例,运用三维快速拉格朗日程序FLAC3D进行建模计算,研究了一些对基坑围护结构以及周围土体抗震稳定性有较大影响的因素:基坑周围土体性质、围护结构材料性质、地震波的峰值加速度以及地震波的卓越频率。结果表明:基坑的振动变形受周围土体的约束,土体的性质越好,约束作用越明显,振动变形越小;基坑的存在对周围土体的震动特性影响也很小。基坑围护结构的强度对基坑整体振动变形有影响,但是影响作用不明显;围护结构内力值随围护结构材料强度增大而增大,抵抗破坏的能力同样也随之增强。同一地震波若放大其峰值加速度,则使其能量放大,基坑的振动变形也随之变大,然而其内力值变化不明显。基坑在周围土体的约束下,没有表现出相应的自振特性。所得出的结论可以为类似圆形深基坑抗震设计提供参考。     

基于流变效应锚杆柔性支护在基坑中的应用

针对基坑工程预应力锚杆柔性支护的工程特点,依据流变力学理论,提出了一种新的粘弹塑性流变模型,建立了最小锚固锁定荷载的计算式.该模型体现了锚固体和基坑土体的流变效应以及面层、锚杆与基坑壁面的连接特性,并与有限差分程序FLAC3D结合,对锚杆、浆体的受力、安全系数和位移进行了数值计算.根据计算结果和现场监测,得出了预应力锚杆的最小锁定荷载、预应力锚杆筋材应力的不均匀分布和最大轴力位置、浆体剪应力的驼峰分布和面层的剪应变率及加固后坑体位移的分布等有用结论,其结果与现场监测基本吻合,数值计算能较好地反映实际情况,为有效的基坑支护提供了理论依据.     

测定某种花岗岩静摩擦系数的试验

为了揭示深部岩体块系构造的特性,以深部岩体的典型岩石-花岗岩为研究对象,利用自行研制的深部岩体动态特性多功能试验系统,对粗糙度为6的细粒花岗岩的单、双面静摩擦进行了试验研究.单面最大静摩擦力试验测量了4种不同工况,双面最大静摩擦力试验测量了2种工况,获得了该花岗岩的静摩擦系数为0.572.通过试验研究,发现了花岗岩块体间静摩擦的规律和特性,当位移响应变粗时,表明试件间的摩擦达到最大值.把测量试块单、双面最大静摩擦力作为基本的测量方法和技术,为下一步深部岩体的动态特性的试验研究奠定了基础.     

变埋深条件下土中爆炸成坑效应

为了研究在变埋深情况下,炸药在土中爆炸成坑和伴随的应力波传播规律,利用自由场化爆试验和数值模拟相结合的方法,研究了土中装药不同埋设深度爆炸效应问题,描述了爆炸成坑宏观破坏现象,给出了土中压力和实测波形,并对测试结果进行了分析,得到了土中爆炸成坑的经验公式和压力传播规律。在自由场实验和数值模拟的基础上,得到了变埋深条件下应力波在土中传播规律、爆炸成坑半经验公式、半封闭爆炸阶段弹坑半径预估公式。