Model test investigation on an innovative lifting system for deepwater riser installation

An S-lay crane barge,named CNOOC 201,has been built for pipe laying in deepwater oil/gas fields in the South China Sea.It is due to be commissioned by the end of the year 2010.A special lifting system is developed to meet the challenge that installing deepwater risers from an S-lay barge is difficult and has not been achieved.The purpose of this paper was to investigate the model test on such an innovative system,which has to be done before field application.By applying the similarity theory,the movement of the S-lay barge is simulated through a six degrees-of-freedom motion platform,and a truncated model riser is utilized for the model testing.The displacement and force boundary conditions at the truncated position of the riser are obtained from the catenary governing equation and become realized by a slideway cart and a loading system designed to control the configuration of the model riser,which presents a similar configuration to a real riser in deepwater.The test results are in very good agreement with theoretical calculations,showing that the active truncated test is applicable for controlling the configuration of the deepwater riser in model testing investigation.

美国可重复使用再入飞行器Model 176设计特点分析

可重复使用再入飞行器技术是航天领域的竞争热点,已成为世界航天强国发展战略中的重点。早在20世纪50—60年代,人类就已经开始了对重复使用运输系统相关技术的探索。本文介绍了20世纪50—60年代美国研究机构提出的多种可重复使用再入飞行器,重点分析了设计性能最为优越的Model176的气动和结构方案。分析结果表明,Model176采用可变机翼构型,在高超声速段升阻比达到3.5,亚声速段升阻比达6.5,远超其他类型再入飞行器,拥有优越的航向范围和横向范围,理论上可以从任何太空轨道再入在美国本土水平着陆;Model176在结构方面采用完整的全金属结构和热防护系统,与陶瓷和碳-碳材料重量(质量)相当,且结构强度更高。Model176作为一款性能优越的可重复使用再入飞行器,能为我国可重复使用高超声速技术研究提供一定的参考价值。

Articulated Lifting System Modeling Based on Dynamics of Flexible Multi-Body Systems

In lifting sub-system of deep-sea mining system, spherical joint is used to connect lifting pipes to replace fixed joint. Based on Dynamics of Flexible Multi-body systems, the mechanics model of articulated lifting system is established. Under the four-grade and six-grade oceanic condition, dynamic responses of lifting system are simulated and experiment verified. The simulation results are consistent with experimental ones. The maximum moment of flexion is 322 kN-m on the first pipe under six-grade sea condition. It is seen that the articulated connection can reduce the moment of flexion. The bending deformation of pipe center is researched, and the maximum is 0. 000479 m on the first pipe. Deformation has a little effect on the motion of system. It is feasible to analyze articulated lifting system by applying the theory of flexible multi-body dynamics. The articulated lifting system is obviously better than the fixed one.

天然气泄漏扩散实验与高斯预测模型优化

众所周知,掌握天然气扩散规律是天然气泄漏监测方案设计的重要依据,其中利用高斯模型来预测天然气泄漏扩散规律已成为天然气事故风险评估和安全疏散的重要技术,但目前还没有适用于天然气等轻气泄漏扩散浓度测量的实验装置。为解决高斯预测模型对天然气泄漏扩散预测精度较低的问题,采用天然气扩散浓度监测实验平台,借由阵列布置的激光甲烷浓度探头测量不同风速和不同泄漏速率下,扩散下游空间内不同高度和位置的甲烷浓度,进一步修正了高斯扩散模型中的抬升高度和侧向、垂向扩散系数。研究结果表明:①自主设计的甲烷浓度监测实验平台,可实现下游扩散空间内任意位置的泄漏气云捕捉和分布式浓度测量;②天然气泄漏的气云抬升现象不明显,仅在无风、泄漏速率较小时出现了明显的气云向上抬升。结论认为,通过实验优化后的高斯扩散模型计算精度显著提升,对比查表获取的经验参数,本研究优化后的高斯模型预测扩散浓度偏差由33%降低至16%,显著降低了预测误差,成果对天然气泄漏风险评估与泄漏监测系统的设计具有重要指导意义。

基于梯度提升树模型的坡耕地土壤水蚀模拟与分析

[目的]针对黄土高原坡耕地土壤侵蚀过程复杂、人为干扰强烈且难以量化的特点,利用机器学习定量解析主要影响因素对坡耕地土壤水蚀的作用与贡献,模拟分析坡耕地土壤水蚀特征并探究其机理,为坡耕地土壤侵蚀的预报提供基础支撑。[方法]基于黄土高原子洲试验站坡耕地小区1959—1969年产流产沙观测数据,精细化表征其影响因子,运用梯度提升树模型对侵蚀量和径流深的变化及其影响因素的贡献进行分析。[结果]数据集中次降雨侵蚀量(0~122.72 t/km^(2))、径流深(0.02~17.20 mm)、降雨历时(2~1410 min)及平均雨强(0.02~4.63 mm)属强变异,变异系数均>1,且多数变量呈右偏态;在相同训练集和测试集划分情况下,对侵蚀量模型预测精度(R^(2)=0.81)略优于径流深模型(R^(2)=0.80),但侵蚀量模型的层数(8层)大于径流深模型(5层),表明侵蚀机理相较径流机理更为复杂;通过梯度提升树模型与SHAP算法对自变量重要性进行排序发现,影响侵蚀模型与径流模型的自变量重要性不同。[结论]受特征提取的限制,在侵蚀量与径流深较小时预测结果不理想,未来研究应当通过引入更多自变量组合方式寻找更多相关变量以提高对侵蚀事件的预测。产流和产沙的主要影响因素存在差异,降水本身特征对产流过程起主要作用,侵蚀产沙过程中主要受到降水与地形相关自变量的共同影响。基于数据驱动,为揭示黄土高原坡耕地侵蚀机理提供参考,并为区域坡耕地土壤侵蚀防治提供科学依据。

油管尺寸与注气方式对间歇气举的影响分析

间歇气举能够有效提高低渗透率、低压、低产量油井的开采效率。为增强间歇气举举升效果,以VOF模型为理论基础,利用Fluent软件开展数值模拟,在考虑重力条件下研究油管尺寸及间歇注气时的注气频率、注气振幅和注气方式对气举效果的影响规律。研究结果表明:随着油管尺寸的增大,油管出口处举升的液体质量增大,气举效果增强;间歇注气频率增大,油管出口处举升液体质量减小,气举效果减弱;间歇注气振幅增大,油管出口处举升液体质量增大,气举效果增强;减小间歇注气频率、增大注气振幅有利于提高气举效果;大振幅和高频率下的间歇注气方式更有利于增强气举举升效果。间歇气举的主要影响程度和因素可以表示为:间歇注气振幅>间歇注气方式>间歇注气频率。研究结果可为间歇气举方式的参数优化和油田的高效开发提供一定的指导。

升力体缝隙模型红外测热试验及分析

针对升力体缝隙模型在中国空气动力研究与发展中心的Φ0.3 m高超声速低密度风洞中开展了红外测热试验,试验马赫数12、总温668 K、总压4.731 MPa、攻角0°和35°,获取了模型的红外热图结果,并开展了相应的数值仿真分析。在此基础上,研究了选取不同帧次的红外热图进行数据处理对热流密度结果的影响,分析了缝隙干扰引起的热流密度增量。结果表明:投放后模型抖动对数据处理存在明显影响,建议在数据处理中采用模型投放稳定后(约1.2 s)的红外热图结果;“T”字型缝干扰区的热流密度增量需要引起重视,攻角35°情况下的峰值热流密度能达到无缝隙时热流密度的8倍以上;红外测热试验数据与CFD数据吻合较好,两者仅在很小的峰值干扰区域存在差异。下一步需要在CFD建模倒角处理、红外方案优化等方面开展工作。

重型施工机械安拆吊装作业视觉可达性BIM仿真分析

为提高重型施工机械安拆吊装作业安全工效,改善安拆作业过程中人员的可视性,提出基于可视锥法的多主体视觉可达性建筑信息模型(BIM)仿真方法。首先,通过重型施工机械视觉任务分解,得到重型施工机械多主体视觉任务;其次,以wk-35型电铲安拆作业为研究对象,分析起重驾驶司机-信号工-司索工多主体视觉任务,运用计算机辅助三维交互应用(CATIA)人因仿真模块,构建安拆吊装作业多主体视觉的BIM仿真场景;然后,采用可视锥法,计算安拆吊装作业过程多主体视觉可达性量值,测度多主体视觉可达性水平,构建重型机械施工机械多主体视觉评价模型;最后,调节BIM模型的过程参数,推演多主体视觉变化趋势,评价安拆吊装作业多主体视觉可达性。结果表明:安拆作业中起重司机在起升下降过程中视觉可达性较差,在平移过程中视觉可达性较好;信号工和司索工的位置与其视觉可达性联系紧密,当信号工处于视野刚好覆盖起重司机和司索工的位置时,其视觉可达性最好,而司索工需不断调整位置,使其视觉可达性达到最佳。

耦合均值-相关性的起重伤害事故致因ZIP模型研究

近些年来,起重伤害事故高发频发,导致了较大的直接经济损失和人员伤亡,受到行业的高度关注。为探究起重伤害事故致因的影响程度,采集2011—2021年376份起重伤害事故调查报告,依据事故致因24Model和系统安全分析法识别事故致因,构建起重伤害事故致因的零膨胀泊松回归模型(Zero-Inflated Poisson,ZIP),并通过Vuong方法和拟合优度检验准则进行检验;综合考虑事故致因发生频次的均值、致因和事故发生的相关性,运用弹性分析方法对事故致因的影响程度进行定量排序。结果表明:ZIP回归模型拟合效果优于泊松回归模型,各事故致因对起重伤害事故的影响程度排序为安全监管不到位C_(6)(T_(k)=1.0221)、安全意识淡薄H_(1)(T_(k)=0.5117)、作业人员违规作业H_(3)(T_(k)=0.4758)、作业人员无证上岗H_(2)(T_(k)=0.2116)、专项施工方案不合格C_(7)(T_(k)=0.1234)和结构构件破坏或连接不可靠M_(3)(T_(k)=0.1045)。研究从事故致因发生频次的均值、致因和事故发生的相关性两个维度刻画事故致因对起重伤害事故的影响程度,为起重伤害事故风险分级管控提供了新的研究思路和方法。

下肢运动状态特征对裤装臀围的影响分析

为达成合体不束缚目标,探究裤装在不同运动状态下的臀围需求,综合分析人体特征参数、下肢动态参数的约束关系,基于单腿、双腿抬起为起点探讨臀围截面形态变化规律,构建了臀围与人体特征参数、下肢动态参数之间的数学模型,并进行趋势分析以及模型修正。研究结果表明:在单侧抬腿状态时,臀围会随着方向角度α的增加呈现先减小后增大的趋势;而在双侧抬腿状态时,其与臀围呈现负相关关系。抬起角度β与臀围呈正相关,在抬起角度β≤60°时,可按人体运动需求角度计算裤装臀围值;在β>60°时,需要使用坐宽参数代替臀围宽度参数。在下肢多种运动状态下选取臀围变化后的最大值作为不束缚人体的裤装臀围最小值。模型解决了下肢运动状态对裤装臀围的影响,可为裤装臀围制版提供理论依据,为服装定制提供理论参考。

边界层和压力滞后对翼型动态失速性能的影响

为优化动态失速模型经验常数,提升动态失速发生时翼型气动性能预测精度,该文基于B-L动态失速模型,结合内蒙古工业大学风能太阳能利用技术教育部重点实验室风洞实验数据,探究压力滞后及边界层滞后时间常数对翼型动态失速性能的影响。主要结论如下:压力滞后与边界层滞后时间常数对动态升力系数的影响较大且与平均攻角有关。当平均攻角相对较小且气流处于附着流动与分离流动之间时,适当减小时间常数可使动态失速模型计算结果更接近实验值;当平均攻角相对较大,气流处于分离流动与完全分离流动时,可适当增大时间常数值。压力滞后与边界层滞后时间常数对动态阻力系数的影响不显著。动态升力系数仅在攻角逐渐减小的完全分离流动过程中,随着边界层滞后时间常数的增大而减小。

新型钢结构泊位的设计与实施

以中国香港地区某项目为工程背景,基于施工现场特点,设计一种新型悬臂式钢结构靠船设施,更好地适应项目临时性建设的需要,实现材料循环利用和成本节约。对比分析新型悬臂钢结构泊位与传统码头泊位的区别与优势;结合当地水文条件,利用有限元模型对其进行内力计算及稳定性分析。结果表明,新型钢结构泊位的抗剪、抗弯、抗拉、抗压、屈曲稳定以及变形等均可满足安全要求,且具有安装工期短、投资小、可环保回收的优势。研究结果可为同类工程项目的设计与实施提供借鉴。

利用LIFT技术衰减海上近道多次波

近道多次波压制是目前海上地震资料处理的一大难题,特别是在浅层气的影响下,近道多次波更是难以压制。常规近道多次波衰减技术在压制多次波的同时,有效信号也受到压制。为此,提出了一种有效衰减近道多次波的LIFT技术,该技术针对有效反射在近中远偏移距均有分布,而近道多次波主要集中在近道的特点,基于局部时窗的AVO原理模拟有效信号,从而达到信噪分离的目的。实际资料处理证实了该技术既能有效衰减近道多次波,又能很好地保留有效信号。

电动缸举升伺服机构运动学误差建模与辨识

针对电动缸举升伺服机构在大长径比、大惯量和大质量武器站运动学模型精度不高的问题,利用所提误差分离辨识方法对电动缸举升伺服机构的运动学模型进行了高精度建模。在明确了运动学误差来源为零位、几何、间隙和趋势误差的基础上,结合闭环矢量法与滞环模型建立了包含全项误差理论运动学模型,并定性的总结了每项误差的不同特征。通过提出的基于误差解耦的静、动态误差分离流程,有效的分离出了间隙、零位、几何和趋势误差,并分别利用双传感器法、非线性最小二乘法、傅里叶级数法和小波变换法对间隙、零位、几何和趋势误差进行了有效辨识,定量的分析了每项误差的影响度。结果表明:提出的基于搜索区间的解耦化非线性最小二乘法,在有效的分离出重现误差(几何误差),并定量的明确了几何误差为最大误差来源,将辨识出来的静态误差代入运动学模型,在实验平台的上,将平台的运动学模型精度提高96.6%。该误差分离辨识方法,对电动缸举升伺服机构的高精度运动学建模具有理论参考价值。

强降雨情景下附着式升降脚手架事故致因IFRAM-BN模型

强降雨事件频发造成附着式升降脚手架事故剧增,为提高强降雨情景下施工安全性,降低事故发生率,提出一种基于改进的功能共振分析模型(IFRAM)和贝叶斯网络(BN)相结合的事故致因分析模型。首先,从定性角度,利用IFRAM识别事故机制并深度挖掘系统功能共振情况;其次,将IFRAM映射至BN定量分析模型,并引入联系云优化计算各根节点的先验概率;最后,以西安“9·10”事故为例,进行实证研究并提出相应预防措施。结果表明:事故在安全状态为Ⅳ级时,发生的可能性最大。工人违规操作、未进行旁站等强制性监督、强降雨等是导致爬架事故的核心致因;强降雨环境→雨后架体载荷超载等致因组合是诱发爬架事故的关键。

基于多中心队列数据的机器学习预测重症感染患儿死亡风险和筛选临床特征的研究

背景科学、有效地预测重症感染患儿死亡关联因素对降低儿童病死率意义重大。既往重症患儿的病情与死亡关系多采用评分预测(如PCIS等),准确度欠佳。目的通过机器学习联合特征筛选的方法,挖掘对重症感染患儿死亡风险具有早期预警作用的敏感指标。设计队列研究。方法基于全国20个省级行政区域的54家PICU的儿童多中心感染性疾病协作网数据库,纳入年龄>28天至18岁、确诊感染和至少有1个器官发生功能障碍的患儿,统计122项临床特征信息,以出PICU时死亡/恶化或治愈/好转为结局,通过机器学习构建逻辑回归模型(LR)、随机森林模型(RF)、极端梯度提升树(XGB)和反向传播神经网络(BP),筛选重要的临床特征建立重症感染患儿死亡风险预测模型。主要结局指标模型接收者操作特征曲线下面积(AUROC)和模型筛选临床特征性能的优劣。结果2022年4月1日至2023年12月31日协作网数据库中入PICU时确诊重症感染且入PICU时、入PICU 24 h时和出PICU时临床特征记录均完整的(病例1738例,经过数据预处理包括异常值处理、缺失值填充、强制值区间范围检验、归一化处理)1738条信息进入机器学习构建模型。存活或好转患儿1396例,死亡或恶化患儿342例(19.6%)。队列数据按4∶1分为训练集(1390条)和验证集(348条),训练集中存活或好转1116条,死亡或恶化274条;验证集中存活或好转280条,死亡或恶化68条。在训练集中,共输入模型122个临床特征,经过机器模型学习以及特征筛选后,在50轮的5折分层交叉验证下,验证集LR、RF和XGB的AUROC为0.74~0.78。LR、RF和XGB选择重要性大于均值的临床特征构建最优临床特征,尚无比较好的衡量BP特征重要性的方法,LR模型较RF和XGB构建的最优临床特征较为接近临床预期。结论机器学习预测儿童重症感染性疾病死亡/恶化结局表现一般,预测模型筛选的临床特征与临床预期尚有距离。

A Review of the Calculation Methods of Lifting Capacity in Wind Loads on Ocean Platforms

Wind load is a control load that affects the safety of structures in the design of ocean platforms. It has not only direct and powerful effects that may cause structure resonance but also has indirect effects causing waves or currents in the ocean. By analyzing the domestic and international norms, this study presents a review of calculation methods of wind load on ocean platforms, which belongs to large-scale non-entity structure used in the open sea while surrounding wind has no fixed direction. Current computations according to the norms are not accurate, which even not takes the force of the wind against the surface perpendicular to the structure into consideration. Additionally, this study also introduces and compares the lift model of platforms based on different theories, such as vortex-excitation and vibration, engineering structure dynamics, gas flow pressure theory, analyzing their applicability, advantages, and disadvantages. This paper analyzes the limitations and applicable conditions of the existing calculation method itself, such as the lift model is suitable for the existence of stable vortex wake;the calculation method of the structural dynamics of marine engineering must be combined with the wind tunnel test and consider the mistakes caused by the position relationship;the numerical simulation method is accurate but tedious. This study provides an insight into the calculation methods of lift in designing ocean platforms, including the finite element method for simulating fluid force and updating formulas in Chinese norms.

基于Working model自卸汽车举升机构的动力学分析与研究

本文运用working model软件,以自卸汽车举升机构为一工程事例,建立其动力学仿真模型,并对此机构进行动力学仿真分析,分析所得结果对机械设计提供了依据。本文所采用的分析方法,具有很强的实践应用性,对设计工作有一定的指导意义。

基于全耦合模型的海上吊装作业动力响应特征研究

针对现有海上吊装模拟方法不能有效考虑浮吊船舶—系泊系统—吊物系统之间的动态耦合,难以实现基座回转、吊臂变幅连续模拟问题,基于Matlab/Simulink、ADAMS联合仿真平台建立了海上吊装作业全耦合动力分析模型,探究了中长周期波作用下波浪周期、吊缆收放、基座回转、吊臂变幅等参数变化对吊装作业系统动力响应的影响规律。结果表明,波浪周期接近吊物系统固有周期时会引发共振,导致吊物摇摆幅值显著增加。基座回转、吊臂变幅等因改变了吊物的空间位置从而引发了浮吊船舶倾覆力矩的变化,进而对浮吊船舶运动响应产生显著影响。当基座回转90°后,浮吊船舶的横倾角增加约2.74°。

曳引电梯轿厢垂直振动特性研究

对电梯垂直方向的振动研究是提高电梯运行性能的关键,基于曳引比为2∶1的电梯系统,建立垂直方向上的动力学模型,分析轿厢载重和提升高度等参数对轿厢振动的影响及参数变化时系统的谐响应和惯性力响应,并对电梯制动的动载系数变化进行研究。结果表明,曳引机也是电梯轿厢振动的重要振源,轿厢振动与载荷质量和提升高度呈正比。