近岛礁浮式平台水动力及运动响应特性研究

根据某近岛礁地形实测数据,基于Solidworks软件完成海底地形和浮式平台的三维建模,建立近岛礁浮式平台三维水动力学模型;开展浮式平台的水动力计算及系泊模式下浮式平台波浪中的运动响应预报,给出了浮式平台的传递函数、系泊缆张力和运动响应;分析了入射波角度、周期及岛礁地形对浮式平台水动力、系泊缆张力分布和运动响应的影响.将数值计算结果与模型试验值进行对比,两者吻合较好,对近岛礁海上浮式结构物的设计有参考价值.

近岛礁地形影响下的浮式平台运动响应

近岛礁附近的地形一般呈现高低不平的状态,水深从几十米到几米不等。远场波浪向近岸传递过来时在礁盘上会经过复杂的演化,使得浮体附近的波浪呈现一定的非均匀性,不同于常规的长峰规则波,同时礁盘的起伏变化会对波浪中的浮体的运动产生影响,最终使得浮体在复杂地形下的水动力运动响应不同于一般均一水深下的浮体响应。该文通过建立浮体和礁盘地形的耦合水动力模型,计算了礁盘对浮体入射波力、绕射力、辐射水动力系数以及运动的影响,同时与水池模型试验对比了浮体运动,两者较为一致。研究表明复杂地形对浮体的水动力运动存在较大的影响,在某些周期附近会增大浮体的运动响应,因此需要理性考虑复杂地形对浮体的影响。

近岛礁波浪演化数值模拟和实测研究

近岛礁极端和长期波浪与开阔海域的波浪有很大的区别,这对海上浮动平台的安全至关重要.为此在某 岛礁上建立了一个海洋环境测量站,配有3个浮标,用于波浪、海流和风等环境要素的长期监测.将第三代 波浪谱模型SWAN应用于近岛礁的波浪数值模拟,考察波浪由外海传播至近岛礁时波浪参数的变化,并将它 与一个时段的实测数据进行比较,表明计算波高比值与实测波高比值的趋势一致.这为后期近岛礁建设项目 中环境参数的确定提供重要依据.

近岛礁有理分式波浪谱研究

近岛礁波浪具有较强非线性和较弱色散性,体现在波浪谱上就是自相似和长尾。这两个特点可以用有理分式来描述。该文据此提出了近岛礁波浪有理分式形式的波浪谱,该谱型还可以描述双峰谱。通过南海某典型岛礁实测波浪数据的分析,给出了20组实测数据的有理分式波浪谱。通过与常见的波浪谱对比分析,可以看到有理分式波浪谱能够更准确地揭示出近岛礁波浪的特性。

近岛礁波浪谱演化逆问题研究

波浪从深水区传播到岛礁附近,受海底地形影响将发生一系列复杂的浅水变形,且根据已有现场观测资料发现其波浪谱型与目前常用的海浪谱存在明显的差异。该文基于随机波浪理论,通过近岛礁波浪谱的演化分析,解决了在模型试验中如何生成符合岛礁附近特殊波浪谱型这一波浪演化的逆问题,并通过近岛礁水池模型试验数据验证了该方法的准确性和可行性,为后续模型试验中近岛礁波浪演化的精确模拟奠定了基础。

近岛礁复杂波浪环境中浮体水弹性力学响应问题

布设在岛礁海域复杂波浪环境中的大型多模块浮体的设计及其波浪载荷和安全性评估面临诸多区别于开阔海域中海洋浮体的技术挑战。该文概要叙述近岛礁波浪流演化规律的实测情况、预报岛礁海域波浪环境的"多尺度区域和多尺度网格方法"、近岛礁海域复杂波浪环境中的超大型浮体水弹性力学理论和超大型浮体多模块柔性连接动力学分析方法的部分研究成果。通过模型试验与海上实测数据的对比分析表明,文中建立的理论和数值分析方法对岛礁海域复杂波浪环境中多模块浮体的优化设计和安全性评估的适用性。

岛礁附近浮式平台运动响应特性数值分析

利用基于开源平台Open FOAM自主开发的船舶与海洋工程水动力性能求解器naoe-FOAM-SJTU,数值模拟了近岛礁环境下规则波的演化特性以及带有系泊系统的浮式平台在相应波浪作用下的水动力性能。对于平台的水动力性能的研究发现,仿真结果与试验结果在平台自由衰减运动固有周期及RAO(response amplitude operator)方面吻合良好。对于波浪在近岛礁地形下的演化现象的研究,分析了波浪演化不对称性特性的成因,并分别给出了不同参数下波浪在地形上爬升时演化的具体特性,对于波高变化及波浪演化的频率成分进行量化的探究。研究发现,波浪周期越大,波高变化越明显,演化的非线性现象越明显,且波浪随着传播距离的增大演化出的阶数也在增大。

海啸波对近岸岛礁影响的数值模拟研究

基于Okada有限断层模型和非线性浅水波方程,结合高精度嵌套网格建立了越洋(中国近海)-局部-近岸岛礁的海啸生成与传播的数值模型。以三亚凤凰岛为例,首先针对2011日本地震海啸,模拟分析了海啸波沿中国沿海大陆架的传播特征及对凤凰岛的影响规律。在取得验证结果的基础上,进一步讨论了中国近海的马尼拉海沟和琉球海沟的潜在海啸源,以及环太平洋的21个潜在特大越洋海啸对凤凰岛的影响特征。依据海啸波在抵达凤凰岛的波浪特征,结合傅里叶频谱分析方法,探索了近岸岛礁对海啸波的放大效应。结果表明,中国近海一般震级的海啸和特大越洋海啸对凤凰岛存在一定影响,最大波幅接近1m,传播时间从3h到27h不等。受三亚东南半岛的影响,琉球海沟激发的海啸和越洋海啸在凤凰岛的放大效应相对于马尼拉海沟较小,其频率集中在0.8×10-4~2×10-4 Hz。马尼拉海沟产生的海啸波在凤凰岛产生了较为显著的放大效应,对于凤凰岛是值得关注的高风险海啸源。

基于外海环境预报的近岸岛礁桥址区波高ANN推算模型

中国跨海桥梁多建于近岸岛礁海域,桥址区的波浪要素随时空演变复杂。桥址区波高的准确推算对于桥梁结构设计和施工组织具有十分重要的意义。提出一种基于外海环境预报数据的近岸岛礁桥址区波高人工神经网络(ANN)推算模型,并以平潭海峡公铁两用大桥桥址海域为研究对象,运用ANN算法中常用的BP神经网络对外海海洋预报台提供的波高、风速数据以及在桥址区实测波高数据进行训练,建立二者之间的映射关系及ANN推算模型。为验证推算模型的可行性和有效性,运用上述模型对桥址区连续80 d的海浪波高进行推算,通过对比前人模型和实测数据发现,推算波高和实测波高的变化趋势基本吻合,均方根误差满足预测要求,获得了理想的预测效果。研究表明,提出的波高ANN推算模型可以利用外海预报信息进行近岸岛礁桥址区的波高推算,且建模过程较为简单。

基于稀少控制IKONOS的近海岸岛礁立体影像定向研究

针对我国岛礁控制现状,进行了基于稀少控制IKONOS的近海岸岛礁立体影像区域网平差定向实验,通过对不同控制方案的定向精度分析,提出了稀少控制的岛礁影像控制点布设方案,为我国近、远海重点岛礁的立体影像定向测图提供参考。

风浪环境下的岛礁超大浮体水弹性响应分析

在近岛礁和近岸复杂地形环境中,超大型浮式结构物(VLFS)的设计和部署需要解决极端波浪环境下的水弹性响应问题,而台风是引发南海极端波浪的主要原因。本文采用一种多重网格技术来计算岛礁泻湖内的海浪参数,计算结果得到了岛礁实测波浪数据的验证。同时计算了两次台风过境时泻湖内的非均匀波浪参数,作为VLFS水弹性响应分析的入射波条件,将两种极限波浪环境下的VLFS模块运动和连接器载荷进行了对比,可为近岛礁VLFS的结构安全设计与优化提供参考。