水中悬浮管道的结构形式及受力特征分析

针对水中悬浮管道,提出其建造方式,并给出计算模型和计算方法。利用Morison公式计算作用在管体上的波浪荷载,计算分析管道在波浪力和水流力作用下的内力。借助ANSYS软件建立水中悬浮管道的有限元计算模型,运用Airy线性波浪理论计算水质点的速度和加速度,在此方法上计算管体的荷载和内力,与公式计算结果进行对比分析。结果表明,两者计算结果基本吻合,其误差在2%范围之内。     

不同波浪理论下风机支撑系统的动力响应

针对海上风机动力响应问题,依据修正的小振幅波理论、Airy波理论以及Stokes五阶波浪理论,建立了风机系统模型,输入P-y曲线,并模拟施加波浪、潮流荷载、风荷载等,得到了不同波浪理论下风机支撑系统的动力响应。结果表明,不同波浪理论下支撑系统最大水平位移、转角和弯矩均存在一定差异,振型和自振频率基本一致,Stokes五阶波浪对整个支撑系统的影响最显著,其次是Airy波和经修正的小振幅波。在风机设计时必须选择合适的波浪理论,分析风机在风浪流作用下的动力响应,为风机承载设计和疲劳设计提供基础资料。     

多色波绕射的低频作用问题研究

海洋的层化将导致流域中表面波与内波共存现象的出现,从而引起对大尺度离岸结构的多色波绕射作用,其中就包括了可能引起结构共振的二阶低频作用.基于层化海波浪理论,对二层海洋中垂直圆柱可能承受的低频力即二阶水平漂移力和二阶差频力给予了分析.给出了多色波绕射二阶低频力的一般算式,并对直柱的二阶平均漂移力和最大二阶差频力进行了实算.结果表明:海况条件以及结构参数的变化对于低频波浪力存在一定影响,而最大二阶差频力可能与二阶平均漂移力具有相同量级.     

单点系泊海洋导管架平台结构的疲劳寿命可靠性分析

为了确保海洋平台结构继续安全可靠地运行，根据BZ28 1 SPM油田海域环境荷载的统计特性，利用Rayleigh分布对波高和系泊力进行离散化，运用线性波浪理论计算作用在小尺度结构上的波浪力，采用有限元法分别计算在波浪力和系泊力作用下结构构件的名义应力，乘以相应的应力集中系数，得到管节点的热点应力范围.应用疲劳累积损伤理论和S-N曲线对导管架结构的疲劳寿命进行了可靠性评估.分析结果表明，波浪荷载引起的结构疲劳损伤相对于系泊力荷载是非常小的；对由波浪力、高频系泊力和低频系泊力引起的导管架结构的疲劳损伤进行线性累积相加是不合理的，这样得到的疲劳寿命比采用组合方法计算得到的疲劳寿命大很多，会导致过高地估计结构的疲劳寿命.     

波纹管补偿器在管网中静压轴向推力的计算

波纹管补偿器在大口径管网中,盲板力在管网固定支架的受力计算中是一个很重要的参数.通过采用物体受力平衡切面法和积分法,分别对U型平波纹管和Ω型波纹管补偿器的盲板力的计算进行定量分析计算,论证了波纹管补偿器盲板力的计算方法应当是波补的最大直径或最大直径轴向投影面积与介质压强的乘积,而不是波补的平均直径或最大直径轴向投影面积与介质压强的乘积,从而使盲板力的计算结果更加准确.     

近水面悬停远航程AUV受波浪的影响

远航程自主水下航行器(简称:AUV)在水下航行一定的距离后需要上浮到近水面悬停进行GPS导航定位,而在近水面AUV受波浪的影响不能忽略,因此有必要研究AUV在近水面悬停时受波浪的影响。在建立AUV六自由度运动数学模型的基础上,基于二元规则波的波浪理论建立了AUV所受波浪力的计算模型,并仿真计算了AUV在近水面悬停时受海洋波浪力的影响。结果表明AUV在2级和4级海况下都可以稳定地完成在近水面悬停作业的任务。     

应用CIP粘流模型求解两箱体间窄缝的水动力共振

针对波浪与存在窄缝的两箱体的相互作用问题,本文基于CIP(Constrained Interpolation Profile)方法,建立了二维强非线性不可压缩粘性流数值波浪水槽.在验证了该数值水槽模型的造波性能后,对不同入射频率波浪作用下的窄缝处的波面抬高、浮体所受的波浪力进行了计算和分析,并详细对比分析了共振频率与非共振频率处的流场分布及浮体受力的不同.将所得到的结果同已发表的实验结果、数值结果进行了对比,结果表明:本CIP粘流模型可以较为精确地计算两箱体间窄缝处的水动力共振现象.两箱体受到的水平力大于垂向力,而在共振发生时水平力的急剧增大是由于窄缝中液面的急剧抬升从而造成浮体两侧的液面差较大造成的.     

应用CIP粘流模型求解两箱体间窄缝的水动力共振

针对波浪与存在窄缝的两箱体的相互作用问题,本文基于CIP(Constrained Interpolation Profile)方法,建立了二维强非线性不可压缩粘性流数值波浪水槽.在验证了该数值水槽模型的造波性能后,对不同入射频率波浪作用下的窄缝处的波面抬高、浮体所受的波浪力进行了计算和分析,并详细对比分析了共振频率与非共振频率处的流场分布及浮体受力的不同.将所得到的结果同已发表的实验结果、数值结果进行了对比,结果表明:本CIP粘流模型可以较为精确地计算两箱体间窄缝处的水动力共振现象.两箱体受到的水平力大于垂向力,而在共振发生时水平力的急剧增大是由于窄缝中液面的急剧抬升从而造成浮体两侧的液面差较大造成的.     

应用CIP粘流模型求解两箱体间窄缝的水动力共振

针对波浪与存在窄缝的两箱体的相互作用问题,本文基于CIP(Constrained Interpolation Profile)方法,建立了二维强非线性不可压缩粘性流数值波浪水槽.在验证了该数值水槽模型的造波性能后,对不同入射频率波浪作用下的窄缝处的波面抬高、浮体所受的波浪力进行了计算和分析,并详细对比分析了共振频率与非共振频率处的流场分布及浮体受力的不同.将所得到的结果同已发表的实验结果、数值结果进行了对比,结果表明:本CIP粘流模型可以较为精确地计算两箱体间窄缝处的水动力共振现象.两箱体受到的水平力大于垂向力,而在共振发生时水平力的急剧增大是由于窄缝中液面的急剧抬升从而造成浮体两侧的液面差较大造成的.     

振荡水柱式防波堤的水动力特性

提出一种带水平底板的振荡水柱式新型防波堤. 借助二维物理波浪水槽,研究结构系统在3种不同水平底板宽度、12种不同波浪周期下的水动力特性. 通过实验探究波高对防波堤模型相关水动力参数的影响. 结果表明：合理布置水平底板能有效提升振荡水柱式防波堤的阻波性能;当水平底板宽度等于模型板间宽度时,入射波周期小于1.6 s的波浪的透射系数小于0.5;当水平底板宽度增大到2倍模型板间宽度时,入射波周期小于2.2 s的波浪的透射量小于50%. 水平底板的存在增加了系统的能量耗散,提高了系统对长波区间波浪的阻挡性能;波高的变化对相关水动力参数影响不大.     

一种基于波动理论的打桩系统优化选配

为确保打入式预制桩的成桩质量和提高打桩效率,运用一维应力波传播理论,分析了锤-桩-土系统相互作用机理,建立了动力打桩简化模型.系统分析了各因素(锤重,落高,桩垫刚度、厚度,桩帽重量)对冲击力、持续时间、贯入度的影响.根据沉桩曲线,应用波动方程法对打桩系统各部分进行优化配置.工程实例研究表明,模拟结果与工程实际相吻合. 更多还原     

高层建筑风响应及等效静态风荷载的研究

从悬臂梁振动理论出发,讨论了高层建筑风响应的计算以及在风洞中利用高频天平测量高层建筑风荷载的原理,并进一步分析讨论了沿建筑物高度分布的平均风力、脉动风力、风致振动惯性力以及建筑结构设计所需要的等效静态风荷载的确定问题,指出了所提方法的局限性和应用范围,可为高层建筑结构设计中的风荷载确定提供参考.分析结果表明,求沿高层建筑高度分布的等效静态风荷载的方法适用于顺风向风力,在应用于横风向风力时由于涡脱落力的影响有理论误差.     

深埋隧道空间结构体系可靠度分析

现行规范对隧道同类围岩中某一点的塌方高度进行了统计,但未能考虑同类围岩长度范围内塌方高度的空间变异性,为此提出了围岩塌方高度空间等效方差增大函数hσ（L）。同时运用Weibull—Бοлοгин脆性破坏统计理论,求得隧道空间结构所用混凝土的等效抗压强度fce;从而将同类围岩长度范围内的深埋隧道空间结构体系可靠度问题简化为平面问题。以金州隧道Ⅲ类围岩深埋段隧道空间结构为研究对象,分析了节理间距特征值、围岩塌方高度均方差上限,隧道长度等因素对其体系可靠度的影响。计算结果表明,节理间距特征值越大,可靠度指标越高;随着围岩塌方高度均方差上限及隧道长度的增长,可靠度指标逐渐减小,具有趋于稳定的趋势。     

预制桩可打性的分析

为进一步分析预制桩的可打性问题，在一维应力波传播理论的基础上，建立了锤-桩-土三者之间相互作用模型，获得了桩端的动位移和速度的解析解，研究了施工工艺参数、桩的设计参数以及地质条件等对冲击力、桩顶贯入度和桩顶回弹等的影响，分析表明，桩垫刚度、桩锤质量对桩的贯入影响非常大．经过对两个工程实例的对比分析表明，按照本文方法计算的贯入度、锤击数和实测贯入度、锤击数之间非常吻合．     

Laplace变换求解成层土中污染物一维扩散问题

成层土中污染物的迁移规律较为复杂,将其简化为一维扩散模型.运用Laplace变换和Laplace数值逆变换方法进行了求解,编制了计算程序.计算结果可以退化到单层土的情况,结论与经典的理论解完全一致.通过与现有用数值软件计算结果的对比,检验了解答的正确性;采用的计算方法对一室内试验结果进行了模拟,计算结果和实测数据较为吻合,证明所提方法的可靠性.求解方法可用于求解更为复杂的边界条件下的污染物迁移问题.     

有锥度圆截面高耸结构的横风向响应简化计算

针对目前国外有锥度圆截面高耸结构横风向响应计算的复杂性和国内在此方面研究的不足,根据随机振动理论以及B.J.Vickery提出的横风向力谱,推导了计算有锥度圆截面高耸结构最大横风向响应的简化公式.在应用于工程计算方面,简化方法和基于随机振动理论的标准方法有着很好的一致性,而B.J.Vickery近似方法的预测值偏小.     

悬浮隧道管体及锚索耦合作用的涡激动力响应

为了解决悬浮隧道在水流作用下的动力响应问题,对管体及锚索系统的参数振动和涡激振动进行了研究.利用Hamilton原理,通过综合考虑悬浮隧道管体和锚索系统的耦合振动效应,推导了锚索-管体耦合系统运动的微分方程组,采用变量分离及振型叠加法对其进行求解简化,同时对5种典型工况和参数设置下的锚索跨中位置和管体跨中位置的位移时程曲线进行了计算和比较,分析了悬浮隧道锚索-管体耦合系统振动的非线性特性.结果表明：锚索与管体之间耦合振动呈现“拍”的特征,管体的初始扰动对锚索瞬态振幅有很大影响,锚索的涡激振动能激发系统的参数振动,系统稳态振幅取决于涡激力的大小,锚索合理倾斜角在45o～60°之间.     

极值风浪联合概率模型参数估计的简化方法

介绍了多变量极值理论及在其基础上建立风速和有效波高的极值联合概率分布参数估计过程复杂，而且对工程师有较高的要求，因而不便于工程应用。通过相关系数估计该分布的相关模型参数的方法，推导了相关样本产生及其相关系数的检验方法；通过该方法产生相关样本，分析得到了风速和有效波高间相关系数对其极值变量的Logistic相关模型参数的影响规律，建立了它们之间的函数关系式。根据该公式可大大简化风速和有效波高极值联合概率分布的参数估计，使基于多变量极值理论的极值风浪联合概率模型实用化。     

地震动时频分析在隧道动力响应分析中的应用

为了了解影响隧道动态内力峰值出现位置的相关因素.利用希尔伯特—黄变换,对E1 Centro等4条天然地震波和某隧道人工波(简称LBG地震波)进行了时频分析,结果表明:1)地震波各频段内所含能量的大小是影响隧道动态响应的主要因素;2)地震波中所包含的瞬时能量和总能量在时域上的分布决定了隧道内力及塑性应变最大峰值的出现时间;3)隧道内力峰值及最大塑性应变出现的位置与隧道断面形状及周围介质对衬砌的约束状态有关,与地震波的类型无关.     

平面静压气浮轴承超音速流场的研究

为了全面快速进行平面气浮轴承超音速流场的计算分析,对原有的简化建模方法进行了改进和完善.建立了包括供气孔在内的完整轴承流道,依据壅塞状态时轴承质量流量不变的条件,推导出流道各部分气流速度、马赫数、雷诺数和压力分布的计算公式.计算结果表明,激波位置、马赫数、雷诺数和气膜内压力与供气压力、气膜间隙、供气孔径大小有关.通过与实际的测试结果相比可以发现,随着供气压力的增大,采用改进后的简化模型的方法得到的压力与实验测试结果基本一致,而且简化模型得到的最大恢复压力位置与实验结果也基本一致,可从本质上反映出流场内受力状态.但由于简化模型将进气孔处的激波假设为正激波,忽略了气体粘性,导致求解的压力最小值与实测值误差较大.