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    图片丢失啦 《上海交通大学学报》2021年“海洋科学与工程”专题

    该专辑汇总了2021年《上海交通大学学报》出版的12期文章中海洋科学与工程领域的文章。以期更好服务高校师生及众多研究所科研人员,促进最新学术成果的传播。
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    基于OpenFOAM几何流体体积方法的波浪数值模拟
    田康, 张尧, 李金龙, 张新曙, 尤云祥
    上海交通大学学报    2021, 55 (1): 1-10.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.99.015
    摘要794)   HTML129)    PDF (2416KB)(341)   

    波浪数值模拟一直是船舶海洋工程领域非常重要的研究课题.该研究基于开源计算流体力学分析平台OpenFOAM对Stokes五阶波进行模拟.由于几何流体体积(VOF)方法中的几何重构处理能够实现对自由液面更精准的捕捉,所以该研究采用了OpenFOAM内置几何VOF方法——isoAdvector方法,进行自由液面捕捉,通过二次开发引入松弛区方法进行消波处理.对几何VOF方法下网格密度及库朗数进行了收敛性分析,发现可用较大库朗数获得较好的波浪模拟结果;在不同波陡和波频情况下,对几何VOF方法和代数VOF方法模拟波浪的波高及相位进行分析,并与Stokes五阶波理论值进行了对比,研究表明几何VOF方法能更好地对波高进行模拟.最后探讨了松弛区方法中消波区长度及权重分布对消波效果的影响,结果显示大于2倍波长的消波区长度配合指数权重分布可达到最佳消波效果.

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    极限海况下6 MW单柱型浮式风力机耦合动力响应
    阳杰, 何炎平, 孟龙, 赵永生, 吴浩宇
    上海交通大学学报    2021, 55 (1): 21-31.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.140
    摘要490)   HTML5)    PDF (3907KB)(249)   

    为了实现单柱型浮式风力机在中等深度海域的实际规模应用,以新型6 MW单柱型浮式风力机为研究对象,在极限海况下对风力机的生存能力进行模型试验和数值模拟.模型试验采用缩尺比为1∶65.3的模型在上海交通大学海洋工程国家重点实验室进行,得到风力机的六自由度运动响应、锚泊系统的受力情况以及危险受力点的受力情况.通过数值模拟软件对风力机的时域耦合运动响应进行了仿真计算.对数值模拟和模型试验的数据进行时域和频域分析,结果表明:数值模拟与模型试验结果最大偏差小于12%,吻合良好;风力机运功响应的能量主要集中在低频和波浪频率处;整个浮式风力机系统在极限海况下可可靠生存.通过数据分析对风力机的载荷极限状态进行了预报,为结构强度计算提供必要的理论依据和计算参数.

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    波浪荷载引起不同埋深管线周围海床响应和液化分析
    张琪, 周香莲, 叶冠林
    上海交通大学学报    2021, 55 (5): 489-496.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.349
    摘要446)   HTML502)    PDF (1126KB)(281)   

    为了研究波浪荷载引起海底管线周围海床的液化问题,以Biot方程的部分动力响应模型,即u-p模型为基础建立二维埋管海床数值模型,研究海底管线及其周围海床在波浪荷载作用下的动态响应问题,波浪荷载通过孔压边界施加到海床表面.在验证模型的基础上,研究埋管海床在波浪荷载作用下的响应与液化,分析不同管线埋深下海床土的孔压、竖向有效应力和液化范围的区别,并探讨波高、海床土渗透系数和饱和度等参数的影响.结果表明:管线埋深对周围海床土在波浪荷载作用下的响应和液化影响明显;管线的存在使得管线周围海床土的竖向有效应力出现应力集中现象;波高、海床土的渗透系数和饱和度对波浪引起管线周围海床土的响应影响明显.研究结果对海底管线在海洋环境中的安全稳定提供理论依据.

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    基于代理模型的三立柱半潜平台多目标优化
    丘文桢, 宋兴宇, 张新曙
    上海交通大学学报    2021, 55 (1): 11-20.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.087
    摘要429)   HTML1)    PDF (5962KB)(195)   

    在半潜平台初始设计阶段,平台主尺度是影响平台水动力性能和建造成本的关键性因素.因此,对半潜平台主尺度进行多目标优化是一项极具工程意义的研究工作.首先,采用试验设计法确定平台的设计变量和样本数据库.其次,对半潜平台采用面元法和莫里森公式结合的方法进行水动力特性分析.同时在静水面上布置波面升高监测点,计算平台气隙值.根据数值模拟得到的数据库建立基于径向基函数的代理模型,并通过缺一交叉验证法得到径向基函数中的形参数值.所建立的代理模型可以极大提高优化效率.最后,采用多目标粒子群优化算法,以平台安全性和经济性作为两个优化目标,以平台稳性、气隙高度、水平方向运动性能作为约束条件,得到半潜平台的优化方案.通过对半潜平台多目标优化方案的分析,最终提出三立柱半潜平台最高效的优化策略.

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    经典式Spar平台涡激运动与驰振特性的对比试验
    张晨雅, 寇雨丰, 吕海宁, 肖龙飞, 刘明月
    上海交通大学学报    2021, 55 (5): 497-504.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2020.206
    摘要373)   HTML10)    PDF (2897KB)(187)   

    为研究经典式Spar平台的涡激运动和驰振特性,开展了平台在系泊状态下的水池模型试验,分析不同流速作用下Spar平台的横荡运动特性,并通过对比仅流、仅波浪与波流耦合工况试验结果,分析波流耦合作用对Spar平台涡激运动和驰振运动性能的影响.结果表明:高折合速度的海流使得Spar平台发生驰振运动,相比涡激运动,其振荡周期更长、振幅更大,且具有随机性.波流耦合作用不会改变Spar平台流致运动的具体模式,但是显著影响流致运动的幅值.

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    上端水平周期运动下悬垂型水下细长体响应幅值包络线的特性分析
    从善学, 徐雪松
    上海交通大学学报    2021, 55 (1): 32-39.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.225
    摘要307)   HTML0)    PDF (3237KB)(140)   

    为解决立管等水下细长体作业的安全问题,并提高其作业效率,将悬垂型水下细长体离散为多个分段.根据力学平衡条件和变形协调条件列出每个分段的平衡方程,然后通过 MATLAB软件编程求解.当上端水平周期运动时,分别改变上端运动幅值、上端运动周期和下端吊重质量,获得细长体的运动响应幅值包络线.根据数值计算结果,分析得出悬垂型水下细长体响应幅值包络线特性.细长体响应幅值包络线上的最大幅值点一般在上端,随着参数的改变可以转捩为下端.上端运动幅值和周期的变化对最小幅值点的影响较大,而下端吊重质量对其影响较小.通过调整这些参数的取值范围可以控制细长体幅值包络线上最大幅值点和最小幅值点的位置.

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    基于改进模态推覆法的导管架平台弹塑性抗震性能
    刘红兵, 孙丽萍, 艾尚茂, 闫发锁, 陈国明
    上海交通大学学报    2021, 55 (3): 265-275.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.204
    摘要289)   HTML0)    PDF (1767KB)(144)   

    针对强震下海洋导管架平台的弹塑性失效问题,提出一种基于性能设计的海洋导管架平台改进模态推覆抗震分析法,获得强震下平台结构的弹塑性抗震性能及其失效模式,解决强震下海洋导管架平台的弹塑性抗震性能评估难题.通过对比分析设防和罕遇烈度8度地震下平台结构弹塑性地震响应的差异性,探讨平台结构的参振振型、振型形状向量以及地震动不确定性对平台结构弹塑性抗震性能的影响.研究结果表明:高阶振型和振型形状向量对导管架平台弹塑性抗震性能的影响较大,需考虑前9阶或9阶以上的模态振型及振型形状向量变化的影响;设防和罕遇烈度8度地震下,平台结构弹塑性抗震薄弱环节均位于导管架顶部,需重点关注;具有相同峰值加速度的不同地震时程下的平台结构地震响应表现出明显的离散性和差异性,建议采用改进模态推覆法评估强震下平台结构弹塑性抗震性能.

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    浅海水平变化波导下低频声能量传输特性
    祝捍皓, 肖瑞, 朱军, 唐骏
    上海交通大学学报    2021, 55 (8): 958-967.   DOI: 10.16183/j.cnki.jsjtu.2019.237
    摘要268)   HTML6)    PDF (20149KB)(101)   

    针对浅海水平变化波导下的低频声能量传输问题,基于有限元方法,在柱坐标系下,以声能流为研究对象,结合具体仿真算例讨论了楔形海底、海底山及海沟三类典型复杂海底地形对声场能量传输特性的影响规律及机理.仿真结果表明,利用有限元方法可以准确计算各类水平变化地形情况下的声场分布.对于楔形上坡海底,海底倾斜角度越大,声能量向海底“泄漏”效应越强,水体层中声能量也相应衰减越快,而楔形下坡海底的影响则正好相反.小型海底山的存在会提高其上方声能量,但同时阻碍其后方声能量的接收.小型海沟对声传播的影响与声波的掠射角相关,仅当海沟水平夹角小于各阶简正波掠射角时才影响声能量的传输.

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