卷积神经网络方法在岛礁类海啸波水动力特性演变的应用

海啸是严重的海洋灾害,准确的海啸预测对于海洋工程和人民生命财产安全具有重要意义。本文以一维卷积神经网络(1-dimensional convolutional neural network,CONV1D)为基础,构建岛礁地形的类海啸波水动力特性演变模型。通过输入类海啸波波高时程曲线的观测值,得到岛礁指定地点的水位淹没时程曲线,实现时间序列到时间序列的预测,进行海洋灾害的实时预报,提前布置防御措施以达到减小损失的目的。结果显示,预测一组样本所需时间少于一秒,相对于传统的地震海啸预警系统,深度学习方法所需计算资源较少,计算速度更快。对类海啸波到达时间预测的平均相对误差为0.71%,最大水位高度预测的平均相对误差为6.99%, CONV1D得到的岛礁地形类海啸波水动力特性与数值结果吻合较好。

基于BIM模型与FDS的老旧活动中心火灾数值模拟

为探究火灾发生时CO浓度、能见度、火场温度等火灾参数的时变特性.以某老旧活动中心为例,通过Revit软件构筑该建筑物理模型,利用火灾动力学(Fire Dynamics Simulator,FDS)软件Pyrosim对3种火灾工况开展数值模拟计算.研究结果表明:窗户开启比窗户关闭在火灾CO浓度、能见度、温度到达临界时间至少分别降低41.3%、11.8%、16.3%;打开楼梯间附近窗户比打开火源处窗户能有效降低危害,该研究成果可为后续火情预防应急管理提供相应的防范措施及对策建议.

海底管线表面压力分布的理论分析

为了获取海底管线表面压力变化特征,基于固体边界层基本方程,利用摄动方法推导了管线表面压力分布解析式,并利用物理模型试验数据对理论公式进行了检验。经对公式系数做出适当调整,压力系数的计算公式能反映出边界层分离点前后的分布规律。

导流板对海底管线防护功能的试验研究

提出一种防止海底管线冲刷的新方法。海底管线底部安装柔性导流板来改变周边流场及压力分布,减小管线两侧的压力差,达到减小甚至阻止管线冲刷的目的。通过理论分析和物理模型试验对单向流和往复流作用下安装柔性导流板、刚性导流板(spoiler)和无导流板的海底管线表面压力分布、管线两侧的压力差和底部的冲刷进行了比较分析。结果表明刚性导流板使管线两侧的压力差增大,冲刷深度和范围都明显增大,并且使管线受到向下的压力,在砂质海床条件下可以实现管线的自埋。但是对于礁石性海床(礁石对管线形成部分管跨支撑)上铺设的管线容易因部分悬空而发生疲劳破坏。单向柔性导流板使管线两侧的压力差减小,冲刷深度减小,并且使管线受到的升力增大,对保持管线稳定有一定的防护作用;双向柔性导流板对管线防护效果更好,导流板达到一定长度后管线两侧压力差接近于0,管线底部冲刷基本消失,实现了对管线有效的防护。

软土地区盾构施工对既有单桩工作性状的影响分区研究

为研究既有桩基位于拟建隧道周围不同位置时,隧道开挖对桩基产生的受力与变形规律,依托天津地铁3号线北站至铁东路站左线盾构区间项目,利用ABAQUS软件将隧道周围软土按照桩端径向、切向位置的不同划分为8个区,建立考虑软土修正剑桥本构关系的二维有限元模型,探讨隧道开挖后桩基分别处于设计荷载和极限荷载下的桩侧摩阻力和桩身位移变化规律,并建立隧道开挖对邻近单桩工作性状的影响分区。计算结果表明:1)隧道开挖会使桩基近隧道侧产生负摩阻力,负摩阻力最大值随桩到隧道径向距离的减小而逐渐增大,随桩长的增大而逐渐增大;2)隧道开挖会导致桩身极限侧摩阻力降低,当桩端位于隧道两侧分区时降幅较大,在10%～15%;3)桩端分别位于隧道两侧、底部、顶部分区时,依次对桩身倾斜率、桩身挠曲变形和桩顶沉降的影响最显著;4)提出能够对隧道开挖后既有单桩工作性状分区进行评价的指标,当桩端位于3区时,盾构隧道开挖造成单桩的综合影响程度最大,应加强施工监控措施。

海洋结构物波致运动引起海床响应的试验研究

波浪作用引起的海洋结构物振动会以循环载荷的方式作用于海床,此类作用方式可导致海床内超静孔隙水压力上升有效应力下降,直至海床液化。为研究海洋结构物波致振动对多孔介质海床内超静孔隙水压力的演化规律,该文通过2台步进电机控制结构物模型运动的方法在水槽中进行试验研究,分别讨论了砂床特性、结构物自重、结构物振动的振幅和周期对海床内超静孔隙水压力的影响,给出了海床在结构物多变的加载振幅和周期作用下的液化特性。结果表明,颗粒直径越小的砂质海床,超静孔隙水压力的累积现象越明显;自重对超静孔隙水压力累积和瞬态变化影响显著;随波致振动的振幅增加或周期减小,超静孔隙水压力的累积及液化深度显著增加;海洋结构物底部海床靠近中部区域的超静孔隙水压力累积的幅值大于端部区域。

圆形数值波浪水池斜向和多向入射波浪模拟研究

为了研究斜向入射波浪,基于三维不可压缩两相流模型,开发了一套圆形数值波浪水池数值模型。在圆形波浪水池中,通过源项造波法成功生成了任意入射方向的波浪,并且利用人工摩擦项模拟阻尼区以数值耗散反射波浪。模型基于嵌入式多块网格体系,采用FVM法(finite volume method)离散Navier-Stokes方程,VOF法(volume of fluid)追踪自由水面。试验结果表明,斜向入射波浪的模拟结果与理论值基本一致,圆形波浪水池在模拟斜向入射波浪时,有效区域的面积较传统波浪水池显著增大,而且有效区域受波浪入射角度的影响也较小。同时,通过叠加多列斜向入射波浪,模拟出了多向交叉波列,并通过与理论结果对比,发现其具有较高的精度。

圆拱型连栋温室天沟优化设计

温室天沟是温室结构的重要受力构件,天沟的抗弯承载力和稳定性主要取决于天沟的抗弯刚度。对温室工程中常用的5种天沟截面形式的特性参数进行对比研究,分析各截面变量对特性参数的影响,并优选出抗弯刚度最大的天沟截面形式。

孤立波作用下斜坡堤越浪量的数值模拟

海啸对海面上的船舶、建筑物及周围环境破坏极大,而对于海啸的研究通常采用孤立波来模拟。为了探究海啸对斜坡堤越浪的问题,在FLUENT软件中,建立二维数值波浪水槽,采用用户定义函数(user defined function,UDF)边界造波,流体体积函数(volume of fluid,VOF)方法追踪自由表面,模拟出孤立波波高随时间变化的情况。并利用斜坡堤数值波浪水槽模拟堤顶处的越浪量,与实验数据对比。进而,研究相对波高、相对超高、相对堤顶宽度对越浪量的影响。研究结果表明,孤立波在斜坡堤作用下,越浪量数值模拟的结果与实验值吻合较好;无量纲越浪量随着相对波高的增大而增大;随着相对超高、相对堤顶宽度的增大而减小;通过模拟不同堤顶宽度的越浪量,总结出孤立波越浪量沿堤顶宽度衰减的经验公式。

海啸对桥梁破坏的数值方法研究

基于不可压缩二维两相流模型,研究了海啸引起的桥梁破坏过程。文章利用侵入边界法来模拟可移动的建筑物,成功计算了海啸作用下桥梁的反应,并且利用数学分析结果以验证模型的可靠性。通过分析海啸作用于桥梁的水平拖曳力和竖向升力的时间历时及相互的关系,得出水平拖曳力是导致桥梁破坏的直接原因,并进一步分析了防止桥梁破坏的有效方法。

价格杠杆对旅游景区承载力影响研究——基于供求非均衡状态下的分析

景区承载力控制是旅游景区资源保护的调节手段之一。本文将旅游景区划分核心资源类景区和一般资源类景区,验证二者在供求非均衡状态下,门票价格的变动对景区客流量的影响,分析价格杠杆对景区承载力的调节作用。回归分析发现,核心资源类景区的门票价格与客流量成正比,说明即使景区门票价格提高,客流量仍继续增加,价格杠杆调节作用不显著;而一般资源类景区的供求曲线表明,价格杠杆的调节作用适用,但会造成景区资源的闲置浪费。因此,不能夸大价格杠杆对景区资源的调节作用,应从景区自身经营维护和政府监管等方面对景区实施分类优化,以形成有效的约束机制。

基于YOLO的浮体运动测量技术

为解决进行海洋浮体运动测量时测量速度与测量精度无法同时保障的问题,通过将YOLO目标检测算法与双目深度相机相结合,提出了一种基于机器视觉的浮体运动测量系统,通过振动台实验与波浪水槽进行了验证实验.结果表明:该系统可准确稳定地实时追踪与测量快速运动浮体的空间位置,并且适用于真实的波浪运动环境.研究成果为海洋工程实践中的浮体测量问题提供了更加优良的解决方案,进而有助于提升海上人工作业的安全性.