潜航器微气泡减阻数值模拟方法研究
詹杰民，陆尚平，李熠华，李雨田，胡文清
（中山大学 应用力学与工程系，广东 广州 510275）
摘 要：近年来微气泡减阻技术应用于水面舰船的相关研究取得重要进展，许多舰船已经采用了此类技术。然而该技术在潜航器上的应用整体上仍处于理论分析和试验测试阶段。文中以回转体潜航器简化模型为研究对象，利用多孔介质来简化喷气小孔，并结合不可压缩水体和可压缩理想气体的流体体积（vof）方法，建立了realizable ε⁃k湍流计算模式。通过拖曳试验验证了多孔介质等效喷气小孔的合理性和数值模式的准确性，结合试验和数值结果探究了微气泡减阻技术对潜航器航行阻力的影响。数值结果显示，气泡对潜航器尾流低速区的改变使尾部压力分布产生变化从而导致压差阻力增高。同时气泡可以显著降低其覆盖区域的黏性阻力。并且随着来流速度的提高，气泡覆盖范围扩大，黏性减阻率持续增加。进一步地，建立了加长改进模型，数值模拟结果表明，微气泡减阻技术不仅能大幅减小黏性阻力，还能有效减小模型总阻力。
关键词：微气泡减阻；潜航器；拖曳试验；realizable ε⁃k湍流模式；多孔介质
基于多态模糊贝叶斯网络的半潜平台安装风险分析
冯 岩1，2，余建星1
（1. 天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300072；2. 中国交通建设股份有限公司，北京 100088）
摘 要：针对半潜式平台安装作业风险评估中存在的风险多态性和模糊性问题，构建了一种多态模糊贝叶斯网络风险分析模型。根据行业规范推荐标准定义语言性评价模糊集，描述根节点的事故状态发生概率，克服了传统方法中确定性概率难以获取的困难。利用相似性聚合法结合置信度指标融合专家意见，引入改进的去模糊化转换方法，提高了专家知识经验转化为定量数据的合理性和可靠性。基于贝叶斯网络的双向推理和敏感性分析技术，实现了工程作业全过程的风险评估。通过对陵水17-2项目半潜平台整体吊装过程进行风险分析，验证该模型的合理性与有效性，为半潜平台安装作业风险管理与防控策略制定提供指导。
关键词：半潜平台；多态系统；模糊贝叶斯网络；风险分析；相似性聚合法
基于有限差分法的复合系泊链缆动力模型及其验证
李欣怡，于立伟
（中国海洋大学 工程学院，山东 青岛 266100）
摘 要：具有链—缆—链结构的复合系泊链缆因其相对于全钢链质量和成本上的优势而在深水系泊中得以广泛应用。基于细长杆理论采用有限差分法建立了可以考虑链—缆—链结构的复合系泊缆数值模型，将其应用于不同工况下全钢链和复合链缆运动的数值模拟中，并开展了验证。首先，将单根钢链顶张力数值模拟结果与不同工况下的模型试验结果进行了对比，验证了数值预报程序应用于全钢链的准确性。然后，对于复合系泊链缆开展了静刚度和动刚度迭代数值模拟，并将模拟结果同已发表文章中的算例结果进行比较，验证了该数值模型在复合链缆模拟上的准确性。发现对于单根钢锚链的验证，激励半径越大，激励周期越小，一个周期内顶张力幅值及其极差越大，钢链运动就越剧烈。对于链—缆—链式复合系泊链缆的验证，发现静刚度迭代中数值模拟结果与算例结果差异较小；对于动刚度迭代，除个别大幅慢漂工况外，两者有较高的吻合；且激励周期越小，激励半径越大，复合系泊链缆顶张力越大，弹性模量越小，运动越剧烈。对于聚酯缆刚度的敏感性分析，发现改变动刚度经验公式参数的情况下，杨氏模量的静刚度迭代和动刚度迭代结果误差分别最大达到了 60. 81%和 68. 21%，因此合成纤维材料特性对符合系泊链缆刚度性能有较大影响。
关键词：钢链；复合系泊链缆；动力模型；有限差分法；动静刚度迭代
支撑结构频率对海上风机动力响应的影响机理研究
李彦娥，李 涛，彭 驰，李 强，张 杰
（中国船舶重工集团海装风电股份有限公司，重庆 401120）
摘 要：海上支撑结构的优化设计是海上风机技术发展的必然趋势，降低支撑结构的载荷是保证风机安全运行的有效途径。海上支撑结构受到风浪复杂环境荷载作用，风、浪载荷决定着塔底承受较大的剪力和倾覆力矩，同时风浪的随机性和周期性会影响塔架的疲劳载荷。基于海上风机支撑结构频率对载荷影响的研究，分析海上支撑结构频率对叶片根部挥舞和摆振响应的影响，探究频率对风机响应的影响机理。研究表明：波浪频率诱导是基础疲劳载荷响应的主要原因；开展单桩基础设计，当整机频率确定时，基础变径段可设置于浪溅区下部区域范围；叶片摆振响应受1p频率影响较大，在风机设计时可增加叶片摆振方向的阻尼；当整机频率邻近3p频率时，塔筒刚度变化对基础载荷响应的影响大于基础刚度变化；海上支撑结构设计时可优先考虑塔筒刚度。
关键词：海上支撑结构；整机频率；疲劳载荷；极端载荷；波浪频率
安装误差对半潜漂浮式风机悬链线系泊系统性能的影响
杜 宇1，王 凯2，初岳峰2
（1. 中交第三航务工程局有限公司， 上海 200032； 2. 中山大学 海洋工程与技术学院， 广东 珠海519082）
摘 要：由于浅水深条件下悬链线系泊系统的性能对系泊缆长度和几何形状更为敏感，悬链线系泊系统的安装误差对其性能的影响较深水条件下的更为显著。因此首先对适用于半潜漂浮式风机的悬链线系泊系统施工进行研究，分别确定了锚安装位置误差、系泊缆预铺误差和系泊缆与漂浮式基础回接误差的来源，并根据施工条件给出了误差值。之后，以浮体动力学仿真作为手段，对系泊缆系统施工误差对其性能的影响进行基于时域仿真的量化研究。研究表明，锚安装位置误差对系泊系统性能影响不大，但系泊缆预铺和回接的误差对系泊系统性能的影响较大。系泊缆回接的误差可造成系泊缆张力平均值和标准差与设计值偏差近20%，可能对系泊系统疲劳寿命评估产生较大的影响。与系泊缆回接误差相比，系泊缆预铺误差的产生原因更为复杂，由于系泊缆预铺误差往往导致系泊缆长度增长，存在误差的系泊缆张力的各项统计值总体偏小，但可能会造成同组无误差系泊缆的张力过载。
关键词：悬链线系泊；半潜漂浮式风机；系泊缆张力；系泊缆安装；安装误差
浸没式可移动外输终端系泊系统优化研究
李 英1，王 坤1，陈国龙2，窦洪波2，张佳敏1
（1. 天津大学 水利仿真与安全国家重点实验室，天津 300350；2. 中海油研究总院有限责任公司，北京100027）
摘 要：我国的边际油田大多年产量小且开发年限短，周围没有可依托设施的油田。针对此情况，可采用“蜜蜂式”开发模式。针对浸没式可移动外输终端这一新型概念设计，选取关键工况开展了时域耦合分析，研究了系泊系统参数对可移动外输终端最大水平位移和系泊缆最大张力的影响。以可移动外输终端最大水平位移和系泊缆最大张力最小为优化目标，以系泊缆结构安全为约束条件，构建了系泊系统多目标优化模型。分别建立了基于nsga-ⅱ和多目标粒子群算法的系泊系统优化框架，并应用这两种算法对系泊系统进行了优化设计。结果表明，nsga-ⅱ和多目标粒子群算法均可以解决系泊系统多目标优化问题，粒子群算法优化速度快，但通过nsga-ⅱ得到的pareto前沿优化性能更好，因此更适合开展浸没式可移动外输终端的系泊系统优化。
关键词：可移动外输终端；系泊系统；时域耦合分析；多目标优化；nsga-ⅱ；粒子群算法
海上退役平台改作鱼礁体的稳定性及流场效应研究
关彦磊1，管 瑞2，魏 波1，王 超1，赵锦旭1
（1. 中海油能源发展股份有限公司工程技术分公司，天津 300452；2. 中国海洋大学 环境与工程学院，山东 青岛 266100）
摘 要：海洋油气平台在达到作业寿命后必须进行废弃处置，将海上退役平台改作人工鱼礁投放，对优化渔业资源、促进海洋经济持续发展具有重要意义。基于平台拆卸结构，共制作了箱状、管状、柱状、网状4种典型鱼礁实物模型，通过室内模拟试验和数值模拟研究，分析了不同鱼礁类型单体的稳定性和流场效应。结果表明：开口率0. 1至0. 8的箱状礁的稳定性均能满足要求，但开口率高于0. 6的箱状礁难以形成连续的背涡流区域，设计时应使开口率低于0. 6；管状礁应选择堆叠放置方式投放，且堆叠层数与稳定性和流场造成能力均呈正相关，在设计时尽量提高管状礁的堆叠层数；柱状礁设计时应尽量降低其重心，并减小迎流投影面的中空面积投放；基于平台的钻井架、火炬臂、栈桥设计的3种网状礁，均满足礁体稳定条件，且均能形成大范围的背涡流区域，可作为人工鱼礁投放。研究成果为平台造礁礁体结构设计提供了理论依据与实践基础，对海上退役平台的废弃处置具有一定的参考价值。
关键词：海洋平台；废弃处置；人工鱼礁；稳定性；流场效应
中长周期波斜坡堤胸墙波浪力试验研究
姜云鹏1，韩新宇2，吴 进3，陈汉宝1，董 胜2
（1. 交通运输部天津水运工程科学研究所 港口水工建筑技术国家工程研究中心，天津 300456；2. 中国海洋大学 工程学院，山东 青岛 266100；3. 中交第一航务工程勘察设计院，天津 300070）
摘 要：在印度洋、大西洋沿岸，海岸工程设计波浪周期多在14 s以上，具有显著的中长周期波特征。通过以往工程项目的试验结果发现中长周期波下，规范计算的斜坡堤胸墙波浪力明显小于试验结果。因此，通过系列物理模型试验研究了中长周期波下的斜坡堤胸墙波浪力。分析斜坡坡度、肩台宽度和波浪条件对胸墙波浪力的影响。通过将实验结果与我国现有规范中的经验公式计算所得结果进行对比，发现规范更适用于胸墙底淹没的情况，而对于肩台出水情况，规范计算结果小于试验结果。由此提出了一种新的波浪力计算方法，计算准确度得到明显提高。
关键词：中长周期波；胸墙波浪力；斜坡堤；斜坡坡度；肩台宽度
孤立波低顶海堤越浪的数值模拟研究
刘竹琴1，殷铭简1，赵西增1，2，罗 敏1
（1. 浙江大学 海洋学院，浙江 舟山 316021；2. 浙江海洋大学 海洋工程装备学院，浙江 舟山 316022）
摘 要：灾害性波浪是中国沿海地区最具破坏性的自然灾害之一。采用开源程序openfoam中interfoam求解器，对低顶海堤（在风暴潮和海平面上升情况下所面临的不利工况）的孤立波越浪特性开展数值模拟研究。通过孤立波冲击海堤的基准算例，验证模型在模拟波浪爬升和越浪过程中大变形波面以及剧烈波浪力方面的精度。基于验证的数值模型，对孤立波在低顶海堤上的越浪特征以及防浪墙高度对越浪的影响开展参数化研究。结果表明堤顶超高减小导致更为剧烈的越浪。针对尚无低顶海堤孤立波越浪量经验公式的问题，提出新的适用于堤顶超高小或为0的孤立波越浪量经验公式。此外，研究发现增加防浪墙高度可有效减少越浪，但防浪墙所受的波浪力也增大。综合考虑防浪墙减少越浪以及自身所受波浪力，针对文中研究采用的海堤截面和波浪条件，建议无量纲防浪墙高度取为1. 00。
关键词：越浪；孤立波；低顶海堤；波浪力；防浪墙
含初始缺陷海底管道侧向屈曲临界力的参数解
李 英1，王 维1，韩 宇2
（1. 天津大学 水利仿真与安全国家重点实验室，天津 300350；2. 中海油能源发展股份有限公司采油服务分公司，天津 300452）
摘 要：未埋设的海底管道在高温高压运行条件下可能发生侧向屈曲，情况严重时影响海底管道的结构安全。侧向屈曲临界力作为判定海底管道发生侧向屈曲的重要依据，主要影响因素有初始缺陷、管土相互作用等。现有关于侧向屈曲临界力的公式并未考虑管土相互作用、缺陷不平直度和管道自身材料特性对侧向屈曲临界力的综合影响。建立含有通用几何初始缺陷海底管道的数值模型，使用riks算法进行参数分析以研究极限侧向土壤阻力、管道缺陷不平直度和截面几何尺寸对海底管道侧向屈曲的具体影响。基于量纲分析法和多元线性回归，推导出海底管道侧向屈曲临界力关于上述3个影响参数的一般公式，并对该公式进行了检验，结果表明文中推导的公式在参数涵盖的研究范围内有效。
关键词：海底管道；侧向屈曲；临界力；初始缺陷；管土相互作用；riks算法
块石和混凝土排垫保护下海底管道落锚撞击变形响应研究
臧志鹏1，2，许 振1，邹 星3，侯 静3
（1. 天津大学 水利工程仿真与安全国家重点实验室，天津 300350；2. 天津大学 中国地震局地震工程综合模拟与城乡抗震韧性重点实验室，天津 300350；3. 中海油研究总院有限责任公司，北京 100028）
摘 要：以往的海底管道落锚撞击防护数值模拟主要为单一保护层模型，这里则针对块石 混凝土排垫复合方案建立模型并开展防护性能研究。基于abaqus建立有限元数值模型，模拟了落锚、海底管道、海床土体、块石层和混凝土排垫组成的复杂系统相互作用，研究了管道壁厚、内压，落锚质量和撞击速度等因素对管道应变极值和管体凹陷变形的影响。与单纯块石层保护方案相比，采用的块石 混凝土排垫方案具有更优良的防护效果。研究结果表明：在撞击点处，管道的轴向应变和环向应变均达到最大值，且随着与撞击点距离的增加沿管道轴向逐渐减小；撞击结束后，管道上仍然残留一定的塑性应变。随着管道壁厚的增加，管道的最大应变和凹陷深度也随之减小；随着内压的增加，管道上最大拉伸应变变大，而最大压缩应变和凹陷深度减小。随着落锚速度或者质量的增加，管道上最大应变和凹痕深度均变大；在相同动能情况下，管道上的最大应变和凹陷值基本相同，也表明落锚动能是影响管道变形响应的控制因素。本文研究成果可为海底管道防护方案设计提供科学依据。
关键词：海底管道；落锚撞击；混凝土排垫；数值模拟；变形响应
柔性管卷管式铺管上卷有限元模拟
阮伟东，亓可夫，陈苗依，刘 凯，聂庆林
（浙江工业大学 土木工程学院，浙江 杭州 310023）
摘 要：采用卷管法进行海底管道铺设过程中，管道首先通过牵引作用上卷于卷筒进行储存。管道与卷筒发生非线性接触，可能会产生复杂的塑性变形和局部屈曲。通过全尺寸柔性管力学性能试验获得柔性管轴力—应变以及弯曲—曲率等非线性力学性能关系，将试验所得的非线性材料性能参数导入建立的两种柔性管上卷abaqus有限元模型（梁—实体单元模型和壳&桁架—实体单元模型），实现柔性管较大轴向抗拉刚度和较小抗弯刚度的同步模拟以及管道与卷筒的非线性接触响应特征。通过对比分析两种有限元模型数值模拟得到的管道弯矩、弯曲曲率、管道轴力、管道与卷筒的接触压强等数据，发现在管道上卷过程中管道沿副法线方向的sm3弯矩占据其弯曲变形主导地位；管道与卷筒之间的摩擦效应对于管道轴力的影响较为显著；管道与卷筒的最大接触压强主要发生在卷管过渡段区域。
关键词：柔性管；卷管法；abaqus；弯曲曲率；接触压强
线驱动自主巡游机器人设计及试验研究
陈祖钢1，2，田新亮1，2，陈 兴1，温斌荣1，2，李欣1，2
（1. 上海交通大学 海洋工程国家重点实验室，上海 200240；2. 上海交通大学 崖州湾深海科技研究院，海南 三亚 572000）
摘 要：设计了一种拉线机构驱动的仿鱼型自主巡游机器人，阐述了其机械结构、电路系统及控制算法的设计方案，同时开展开敞水域试验对其游动性能进行研究。研究表明，在直行及转弯试验中，当摆尾频率相同时，随着尾鳍摆动幅度的增加，机器鱼的游动速度上升；当尾鳍摆动幅度相同时，随着摆尾频率的增加，机器鱼游动速度先升后降，且在0. 60 hz附近时达到峰值；在目标角度转向试验中，当摆尾频率及目标角度相同时，随着尾鳍摆动幅度的增加，机器鱼的角度响应时间逐渐减小；当尾鳍摆动幅度及目标角度相同时，随着摆尾频率的增加，角度响应时间先降后升；当摆尾频率及摆动幅度相同时，目标角度的增加会使得角度响应时间呈上升趋势。研究成果验证了该机器鱼平台的可靠性，为将来进一步理论研究及实际应用提供了一定的参考。
关键词：线驱动；机械设计；自主机器人；仿生机器鱼；试验研究
深渊生物资源取样装备技术体系研究
陈家旺1，阮东瑞1，王 豪1，周 朋1，吴世军2，潘彬彬3，方玉平1，
何巍涛1，黄 越1，方家松3
（1. 浙江大学 海洋学院，浙江 舟山 316021；2. 浙江大学 机械工程学院，浙江 杭州 310027；3. 上海海洋大学 深渊科学工程技术研究中心，上海 201306）
摘 要：针对深渊生物资源研究的需求，自主研发了用于全海深深度的深渊沉积物、水体和宏生物的保压取样装置，深渊沉积物保压转移装置，深渊微生物原位过滤及保存装置和高压培养高压酶学测定装置。在深海模拟环境验证了取样装置在万米深度下的工作性能。相关装置在“探索一号”科考船的ts15、ts21-1和ts21-2大洋科考航次中，搭载“奋斗者”号载人潜器、“2号”深渊着陆器、“原位实验”号着陆器于西菲律宾盆区和马里亚纳海沟进行了海上试验，成功获取了万米深度沉积物、水体和宏生物保压样品以及微生物原位过滤滤膜；成功进行了沉积物保压样品的保压转移试验。初步形成了深渊海域生物资源取样的装备技术体系，为深渊海底生物和基因资源开发，深渊生命过程等科学研究提供技术手段。
关键词：全海深；深渊生物；保压取样；原位过滤；海上试验
加筋板的轴压强度受加筋随机点蚀的影响研究
王仁华，刘耀阳
（江苏科技大学 土木工程系，江苏 镇江 212100）
摘 要：船舶与海洋结构在服役期间会遭受电化学和微生物侵蚀等多种腐蚀环境影响，加筋板作为此类结构的主要受力构件，其表面易产生不规则形态的点蚀，引起构件的强度退化。文中利用ansys有限元软件构建加筋腹板遭受随机点蚀损伤的加筋板有限元模型，研究带板长宽比、带板长细比、加筋长细比和腐蚀体积损失率对加筋板极限强度的影响。研究结果表明，加筋遭受同等腐蚀体积损失率下，带板长宽比变化对极限强度退化的影响很小，但带板长细比和加筋长细比变化产生的影响明显；带板长细比越大，极限强度退化越严重，而加筋长细比越大，极限强度退化反而越小。针对文中研究的加筋板，当加筋长细比为 0. 2时，腐蚀体积率为14%的随机点蚀导致结构极限强度退化程度达到约14. 0%。因此，加筋的随机点蚀损伤会显著削弱加筋板结构的极限强度，其影响不可忽略。
关键词：加筋板；随机点蚀；加筋点蚀；极限强度
宁波舟山港主通道混凝土结构耐久性评估与维护技术
李 乐1，方明山2，王俊杰1，李全旺1，李克非1
（1. 清华大学 土木工程系，北京 100084；2. 浙江省交通投资集团公司，浙江 杭州 310020）
摘 要：系统阐述宁波舟山港主通道跨海工程混凝土结构耐久性评估与维护技术。首先介绍宁波舟山港主通道工程概况及100年使用年限的总体要求；确定耐久性极限状态为海洋氯离子侵入引起的钢筋表面脱钝。针对此极限状态，建立了氯离子侵入过程的耐久性评估模型，确定了不同暴露条件下模型参数的统计规律；根据混凝土保护层厚度的现场实测数据和修正的暴露条件下氯离子扩散系数，对模型参数进行了更新；考虑施工阶段混凝土构件的耐久性附加措施，以某标段非通航孔桥为例，使用全概率方法计算了各类混凝土桥梁构件的失效概率和可靠指标；最终在混凝土构件耐久性评估的基础上，提出了某标段非通航孔桥各类混凝土构件的基本维护制度和维护周期。
关键词：宁波舟山港主通道；耐久性评估；使用年限；失效概率；可靠指标；维护制度
非黏结柔性管道抗拉铠装层腐蚀机理与安全评价研究进展
陈严飞，江楠，何明畅，侯富恒，王春莎，张左旻
（中国石油大学（北京） 油气管道输送安全国家工程实验室/城市油气输配技术北京市重点实验室，北京102249）
摘 要：非黏结柔性管道是海洋油气开发的重要装备，在海水环境中，抗拉铠装层发生腐蚀会对安全运行产生严重威胁，因此明确抗拉铠装层腐蚀机理、对柔性管道的检测和对抗拉铠装层的腐蚀评估十分重要。抗拉铠装层腐蚀与环空的气体环境和水环境有关，采用合适的检测方法和设备检测环空，可以帮助判断其腐蚀情况，并为腐蚀疲劳寿命评估和应对策略制定提供参考。针对抗拉铠装层腐蚀机理、非黏结柔性管道检测、腐蚀疲劳寿命评估和腐蚀应对措施进行了总结，指出机理研究和检测评估方法的不足，为国内柔性管道抗拉铠装层腐蚀研究和完整性管理提供参考。
关键词：非黏结柔性管道；抗拉铠装层；腐蚀机理；腐蚀疲劳寿命；腐蚀应对措施
