畸形波作用下二阶波浪载荷对张力腿平台动力响应的影响

畸形波易对海上的建筑物造成极大的危害。为研究畸形波作用下张力腿平台的动力响应特性,考虑张力腿平台的六自由度运动与张力腿非线性恢复刚度,建立非线性耦合运动方程。结合随机频率相位角调制法生成的畸形波波面时历,计算在畸形波条件下平台所受的一阶及二阶和、差频波浪载荷,并采用数值方法求解平台六自由度的运动。结果表明,在畸形波作用下,一阶、二阶波浪载荷均受到畸形波的影响,但各波浪载荷成分的增幅在不同自由度上并不相同。以纵荡为代表的低频运动主要受二阶差频波浪载荷影响,以垂荡、纵摇为代表的高频运动受二阶和频波浪载荷的影响。而由平台水平面内运动引发的下沉运动在二阶差频波浪载荷的作用下显著增大,从而诱发了垂荡运动产生了显著增加,因此在畸形波作用下垂荡运动同时受到二阶和频及差频波浪载荷的影响。此外,由于畸形波具有冲击载荷的特性,不同自由度运动幅值出现时刻并不相同。     

有限位移下张力腿平台的非线性动力响应

与一阶无限小位移情况不同,张力腿平台(TLP)发生有限位移时,所受外力与响应耦合,运动方程也必须在瞬时位置建立。建立了有限位移情况下张力腿平台非线性动力响应分析模型,其中考虑了由六自由度有限位移引起的多种非线性因素,如各自由度之间的耦合、瞬时位置、瞬时湿表面等;还包括自由表面效应、粘性力等因素引起的非线性。推导出张力腿平台六自由度有限运动非线性控制方程。对一个名为“ISSCTLP”的典型张力腿平台进行了数值计算,求得该平台在规则波作用下的六自由度运动响应。用退化到线性范围的解与已有解进行了对比,吻合良好。数值结果表明,综合考虑非线性因素后响应有明显改变。     

海洋平台对随机非线性波浪力的动力响应

本文系统地阐述了固定式海洋结构在考虑波浪与结构相互作用情况下的随机动力分析原理·问题的关键在于对波浪力中的非线性阻力项进行线性化,并使耦合的广义阻尼矩阵对角化,为此运用了统计等效线性化方法和迭代方法等,最后使问题归结为若干个独立的线性化的随机微分方程,而方便地予以解决。根据本文原理编成了SELIM和SELIM-1程序。经试用,获得满意的计算结果。七个自由度的算例只经过二、三次迭代即可使迭代误差小于百分之五。     

深水张力腿平台与系泊系统的耦合动力响应

把张力腿简化为非线性梁结构,运用Hamilton原理,推导出平面情况下平台本体与张力腿系泊系统的耦合运动方程及边界条件;分析了不同流场条件下,两种不同张力腿模型(非线性梁和无质量弹簧模型)对平台动力响应预测结果的影响;分析结果表明:随着流场条件的不同,采用不同的张力腿简化模型得到的平台动力响应预测结果具有明显的不同.阐明了两种模型所得结果产生差异的原因.     

正压冲固平台波浪和海流作用下动力响应分析

针对正压冲固平台在波浪和海流作用下动力响应问题，应用Morison方程和Stokes五阶波理论计算波浪和海流合力；基于弹性半空间理论并采用三次样条函数双向插值方法求解基础的动刚度和阻尼；在此基础上采用有限元方法计算该平台的动力响应。此外采用6倍桩径法计算了平台的动力响应，对比二者结果，说明本文研究的计算方法可靠。     

张力腿平台局部系泊失效下复杂运动响应机理研究

针对浮体-系泊系统非线性耦合系统,采用数值模拟的时域分析方法对张力腿平台局部系泊失效下的复杂运动响应的机理进行研究,重点分析了两根筋腱同时失效下的垂荡运动平衡位置、运动幅值和运动响应中的非线性成分.结果表明:波浪载荷作用下的垂荡平衡位置与静水中的平衡位置相同,平衡位置的改变取决于筋腱张力和刚度的改变;筋腱完整和单根筋腱...     

波浪作用下粘弹性海床动力响应的数值分析

基于广义Biot理论,采用Kelvin-Voigt模型描述海床土骨架的应力应变时间的本构关系,从Galerkin加权余量法出发建立以土骨架位移u和孔隙流体全位移U表达的u～U形式的有限元边值方程,采用Newmark逐步积分法求解时域内动力方程。数值计算表明土骨架和孔隙流体的加速度对粘弹性海床动力响应的影响极小。当土的粘滞系数的数值小于其弹性剪切模量的大小时,体粘滞系数和偏粘滞系数的变化对超静孔压幅值的影响较小,但对有效应力幅值的影响相对显著。对于粘滞系数较大的海床,波浪荷载可能导致其变形在很短的时间内单调迅速增长至破坏。     

随机波浪作用下饱和砂质海床弹塑性动力响应规律

采用振动台试验研究了饱和砂土地基(CSS)和EPS混合土地基(CES)两种地基模型下沉箱结构的抗震性能。对比了两种不同地基模型下土体动力响应特征及沉箱结构动力稳定性,探讨了动力作用下沉箱的受力状态及失稳机制,分析了EPS混合土地基对上部沉箱结构地震稳定性的影响。试验结果表明：振动过程中CES工况的超孔压发展速率明显低于CSS,EPS混合土可显著提高模型抗液化性能。墙后填土作用于沉箱的动土压力沿深度方向呈三角形分布,沉箱中部位置动土压力最大。CES工况沉箱动力响应,包括加速度、位移及转动角等均小于CSS,表现出更好的抗震性能。CES沉箱所受动土推力与惯性力存在明显的相位差,有利于提高沉箱结构的稳定性。

     

随机波浪作用下饱和砂质海床弹塑性动力响应规律

为研究实际海洋环境中随机性波浪作用下弹塑性海床饱和土体真实的动力学行为及振动液化过程演化规律,该文结合Biot动力固结理论和本课题组提出的砂土震动液化大变形本构理论模型和处理液化时零有效应力状态的数值算法,采用JONSWAP频谱来模拟波浪,给出了随机波浪作用下饱和砂质海床土体中超静孔隙水压力瞬态变化与液化过程的弹塑性动力分析方法。该方法可很好地描述在随机波浪作用下,海床土体内超静孔隙水压力场在时空上呈现出的瞬态起伏变化和平均单调累积增长或消散的特性以及海床内达到零有效应力的液化状态在时间域上间歇性出现、在空间域上连续性移动的规律性。     

波浪冲击作用下核电站防浪堤动力响应的数值模拟

基于多物质ALE方法,利用带阻尼罚函数实现波浪与防浪堤结构间耦合作用,模拟波浪冲击作用下防浪堤结构及流体三维动态响应过程,所得结果与物理模型试验结果一致性较好。讨论挡浪墙表面波压力分布及挡浪墙所承受最大水平推力及结构动态响应对波浪冲击系数影响。结果表明,前挡浪墙静水面位置与后挡浪墙底部波压力较大;后墙承受波浪水平推力较大;结构动态响应会增强波浪的冲击作用。仿真结果可作为防浪堤强度设计重要依据及控制越浪量设计参考。     

南海内孤立波作用下顶张力立管极值响应研究

内孤立波能够引起强剪切流和巨大的冲击荷载,对海洋平台和海洋立管等海上结构物会构成危险,而关于内孤立波对海洋立管作用的研究很少。本文根据描述内孤立波的KdV-mKdV方程,结合改进的Morison公式,采用有限单元法在时域内对内孤立波作用下顶张力立管的极值响应进行了数值模拟,并就内波振幅、立管内流、顶张力、弹性模量和壁厚的变化对极值响应的影响进行了探讨。结果表明,内孤立波会引起立管较大的极值响应,在立管的分析计算中应该加以考虑。     

点力和线力作用下的结构振动响应研究

建立了平板结构在点力载荷和线力载荷作用下振动响应的理论模型，应用该模型计算出简支平板在两种载荷作用下的振动响应，然后进行比较分析。通过实验研究了点力载荷与实际惯性激振器产生的线力载荷作用下简支平板振动频响函数的差别。研究表明，点力载荷和线力载荷作用下的振动响应有一定差别，线力作用的圆环直径越大，这种差别越大，且高频段较低频段表现更为明显。     

爆炸冲击作用下连续梁桥动力响应和影响因素研究

运用数值模拟的方法建立爆炸冲击作用下的钢筋混凝土连续梁桥模型,通过改变爆炸作用点位置、爆炸作用比例距离等因素,研究连续梁桥在爆炸冲击荷载作用下的动力响应和敏感性影响因素。结果表明:连续梁桥中跨跨中是其桥面抗爆性能最为薄弱的位置,在抗爆设防中应着重考虑;当装药量相同时,桥梁的破坏程度与比例距离成反比关系;连续箱型桥梁内部爆炸时,对桥梁造成的破坏最为严重,同等条件下下方爆炸时,桥梁破坏程度最小。本研究为桥梁抗爆设计及损伤评估提供理论依据。     

孤立波作用下圆柱桩波浪力计算方法研究EI北大核心CSCD

为研究孤立波作用下跨海桥梁桥墩受到的波浪荷载以得到孤立波波浪力的简化计算方法,利用计算流体力学软件OpenFOAM模拟海洋孤立波,在不同来流波高和初始水深下,开展了2组仿真试验,三维数值模拟用于直接计算圆柱体上的波浪力,二维数值模拟用于推导Morison方程所需的速度场。对比现有文献,讨论原始Morison方程应用于孤立波波浪力计算的适用性以及孤立波非线性的变化规律,并验证了引入非线性项的修正Morison方程预测孤立波荷载的适用性。研究结果表明:在计算孤立波荷载时,非线性影响不可忽视,随着波高和水深的比值H/d的增大,孤立波的非线性越来越强;相比原始Morison方程,考虑非线性影响的修正Morison方程可以更准确地预测孤立波与圆柱桩间的相互作用;应用修正Morison方程进行孤立波荷载预测时,波浪力参数C D,C M的取值与波高H、水深d、圆柱桩直径D的绝对值无关,仅与H/d有关;基于多组仿真试验结果,给出了0.15≤H/d≤0.65内波浪力参数的取值,可为孤立波荷载的快速计算提供参考。     

频率对爆破地震作用下结构的动力响应的影响研究

基于结构动力学理论分析了结构在爆破地震作用下的动力响应,发现结构位移响应函数包含结构自振频率和爆破地震谐波频率因子.在此基础上提出了"频比系数"和"结构振动敏感谐波"2个概念.理论分析表明,爆破地震频率和结构自振频率对结构振动响应的影响可以综合为频比系数对结构振动响应的影响,并且这种影响是通过由于频比系数值的改变引起振幅放大系数值的变化而实现的;在所有的爆破谐波当中,结构振动敏感谐波引起的结构振动响应最大,且结构振动响应的主频与其振动敏感谐波的频率相同;在实际工程中,不仅要求显著频率段和主频要远离结构固有频率,而且还应尽可能使显著频率段的谐波频率和主频高于结构固有频率.最后,提出了将频比系数纳入爆破振动安全评估指标的构想.     

地震和波浪联合作用下斜拉桥随机动力分析方法

分别采用Morison方程、辐射波浪理论和绕射波浪理论求解桩基、承台所受动水压力和波浪力,考虑行波效应、空间相干效应和局部场地效应,基于虚拟激励法,建立了多维多点地震和波浪联合作用下斜拉桥随机动力分析方法。采用蒙特卡罗法计算了考虑、不考虑荷载非线性时的结构响应,通过比较计算结果验证了所建立方法的适用性;分析动水压力和波浪力对斜拉桥随机地震响应均方根的影响,研究了斜拉桥随机响应功率谱密度分布趋势和变化规律。结果表明:该方法可以考虑荷载随机性,计算多维多点地震和波浪联合作用下斜拉桥响应;动水压力刚性附加质量是导致斜拉桥水下结构纵向内力增大的原因;动水压力和波浪力对桥塔水下结构地震响应的影响随场地条件改变,地震输入能量分布在高频域时,动水压力和波浪力对桥塔水下结构影响更大。     

多向不规则波浪作用下群墩结构所受波浪力的实验研究

实际海域中波浪是多向不规则的,波浪的方向分布宽度对作用在结构物上的波浪力具有显著的影响。为了研究方向分布对大尺度群墩结构所受波浪力的影响规律,该文通过物理模型实验模拟了多向不规则波浪与群墩结构的相互作用。通过对波浪荷载的时间过程线进行统计分析得到了作用在墩柱上的正向力、横向力。实验结果表明波浪的方向分布对群墩结构中墩柱所受横向力具有明显的影响。多向波浪作用时,墩柱所受横向力随着方向分布宽度的增大有显著的增大趋势,且后排墩柱受方向分布宽度的影响较前排墩柱更明显。     

通过附加浮筒改良的张力腿平台多体耦合运动响应

为了改善张力腿平台在极端海洋环境下的运动响应,提出了在张力腿上附加浮筒的新形改良方式,建立了附加浮筒后张力腿平台多体耦合运动分析模型,并给出了在时域下对该模型迭代求解的方法。考虑不同的附加浮筒尺寸和就位水深,应用绕射和辐射波浪理论和流体动力学分析软件AQWA12.0,数值模拟了平台上体及附加浮筒的水动力参数,分析了在风、浪、流分别作用和联合作用下平台上体、多个附加浮筒以及张力腿之间的多体耦合运动响应。结果表明：张力腿平台的纵荡和垂荡响应主要由风和流引起,纵摇主要由波浪引起;附加浮筒能明显减小张力腿平台各方向的总的和低频慢漂部分的运动响应,作用效果将受到附加浮筒尺寸和就位水深的影响,而平台波频部分的运动响应没有明显改变。     

考虑地应力影响的深埋圆形管道在爆破P波作用下的动力响应

爆破等动力扰动散射产生动应力集中是导致地下结构发生失稳破坏的重要因素。基于波函数展开法建立了平面P波入射下深埋管道的理论模型,引入傅里叶变换和Duhamel积分方法求解了深埋圆形输水管道周围的瞬态响应,分析了波长对瞬态响应的影响。考虑到地应力是深部结构失稳不可忽略的因素,而含初始应力的动力学方程无法有效解耦,因此借助LS-DYNA有限元软件建立数值模型,分析了初始应力作用下深埋管道的动力响应机制。研究结果表明：短波入射产生的压应力集中更大,长波入射导致的拉应力集中更大,沿入射方向极易出现拉应力集中。在初始应力的作用下,侧压系数越大,对动态应力集中响应的抑制作用愈发明显;另外,处于初始应力状态下的管道及周围岩体在受到动态冲击时,应力状态会发生较为剧烈的波动。这些研究现象揭示了地下管道的动态响应机制以及地应力环境产生的影响,对深部地下结构的抗震优化设计具有借鉴和指导意义。     

地震作用下起重机对高桩码头的动力响应影响

目前,针对高桩码头响应的研究大多数未考虑上部起重机结构,或将起重机结构简化为集中质量,针对起重机-码头结构相互作用缺乏精细化模拟.基于开源有限元数值计算平台OpenSees,建立起重机-码头三维有限元模型.结合起重机固有振动特性,对有/无起重机的高桩码头动力响应进行对比分析,研究了地震作用下起重机对码头结构响应的影响....