规则波作用下悬跨海缆垂向动力响应试验研究

为探究不同规则波要素下悬跨海缆垂向动力响应的变化规律,本文开展了波浪作用下海缆振动模型试验。基于水弹性相似原理制作海缆模型,改变试验波高以及波周期,并引入Morison方程描述海缆所受垂向力。试验结果表明:波浪作用下海缆的振动频率以波浪频率为主,同时伴随着海缆表面弱涡脱落活动产生的波浪多倍频;波高的增大使得海缆周围水质点水平运动速度增大,导致漩涡脱落所引发的升力增大,进而垂向力增大;波周期的减小使得水质点垂向运动速度增加,海缆所受垂向波浪力增强,进而垂向力增大;海缆自振存在约2.8 N的临界垂向力,低于临界垂向力时,海缆未产生自振,大于临界垂向力时,波浪动力作用增强,海缆出现波浪周期的间歇性自振,垂向力增大,应变幅值显著增大。

筒型基础海洋平台拖航研究—波浪影响分析

文章以锦州9-3筒型基础系缆平台为对象,在拖航速度、筒位置以及平台吃水深度一定的条件下,通过模型试验测定了平台在不同规则波浪中拖航时的平台运动加速度、筒内气压力、筒底水压力以及拖缆力,并对试验数据进行比较分析,用于研究波浪对筒型基础平台随浪、顶浪拖航时的影响分析。试验结果表明:筒型基础平台可在渤海水域十年一遇有义波高4.5m的巨浪中拖航,在波高2m以下,航速2节以内,随浪拖航与顶浪拖航均有较高的稳性以及耐波性;顶浪拖航平台的垂荡运动要比随浪拖航时剧烈,随浪拖航平台的稳性以及耐波性要优于顶浪拖航;平台在大浪中拖航时,随浪拖航容许航速要高于顶浪拖航容许航速。

大型地下含水体对地震波特殊反射规律的现场正演试验研究

在成功预报宜万铁路云雾山隧道大型含水溶腔的工程实践中,发现了地下大型含水体对地震波的特殊反射现象,用地震波在双相介质中的传播理论解释了这种特殊的反射现象,分析了地震波在岩石与水体界面的反射、透射规律.提出了地震波法预报中对大型地下含水体的判识准则,并于青岛胶州湾海底隧道进行了两次现场正演试验,由海底基岩对海底界面进行了探测,试验结论很好地验证了该判识准则的正确性.研究结论对于有效预报地下含水体,特别是在预防矿井、隧道等地下工程大型突水事故方面具有重要的应用和推广价值.

新型柔性浮堤消浪性能的综合试验研究

针对柔性浮式防波堤对短波、长波均有较好掩护效果的优点,提出一种圆木阻尼式柔性浮式防波堤结构。通过二维水槽中规则波物理模型试验,研究该柔性浮式防波堤在有无浮板时的消浪性能,并对试验结果进行对比分析。结果表明:该柔性浮式防波堤对短波、长波都有良好的消波效果,有浮板柔性浮堤优于无浮板柔性浮堤。

柔性浮式防波堤消浪特性研究

针对圆柱形柔性浮式防波堤的消浪效果展开断面试验研究,分析其在规则波和不规则波作用下的消浪特性。通过大量水槽试验给出了圆柱形柔性浮式防波堤透射系数、反射系数、衰减系数与锚固方式、试验水深、相对宽度的变化关系。研究结果表明:该结构形式的浮式防波堤对短周期波浪消浪效果明显,而对长周期波浪消浪效果不佳;锚固方式和水深对消浪效果的影响较小;相对宽度是影响消浪效果的主要因素。研究成果可为由该结构连接成的"V"形浮式防波堤的锚固方式和摆放角度的设计提供参考。

■型浮箱式防波堤消浪特性试验研究

通过波浪水槽断面物理模型试验,研究了＂■＂型浮箱在规则波作用下,透射系数与相对水深、相对宽度、相对入水深度、波陡、锚链夹角和锚链拖地长度等影响因素的变化规律。结果表明：＂■＂型浮箱的透射系数受相对宽度的影响最大,透射系数随着相对宽度的增加而减小,当相对宽度大于0.35时,透射系数不超过0.5,当相对宽度达到0.5左右时,透射系数降低至0.23~0.38之间;与矩形浮箱相比,除反射波能外,＂■＂型浮箱对波能也有一定的耗散和阻挡作用,其消浪效果要优于矩形浮箱。

浅水区域浮箱式防波堤结构形式的试验研究

介绍了2种浮箱结构型式的防波堤(L型中浮箱和L型边浮箱),3种类型(L型边浮箱、H型边浮箱、T型边浮箱)的浮式防波堤,对浅水区域浮箱式防波堤结构形式进行了实验室物理模型试验研究。得到了在规则波作用下的浮式防波堤的消浪效果和透过率。本次试验结果表明,在浅水波情况下,相同周期时的防波堤越宽波浪的透过率较小;同一形式尺寸的防波堤,透过率随着周期加长而逐渐增大。

船舶模型在波浪下的崩溃数值仿真及试验

大波浪因具有巨大波高而会造成船体结构崩溃失效,甚至断裂,准确预报船体结构在波浪下的非线性动态强度已成为船舶结构新的研究方向。提出一种结合三维势流理论和非线性有限元的数值仿真方法,预报船体结构在波浪下的非线性动态强度,三维势流理论用于计算波浪载荷,非线性有限元用于计算船体结构的弹塑性和屈曲变形。为验证数值仿真方法的准确性,开展能在水池条件下产生结构性崩溃的船体模型试验。该模型由左右两端的刚性船体和舯部的屈曲铰结构组成,能在水池波浪的作用下产生崩溃行为,通过屈曲铰结构的崩溃模拟船体梁的弹塑性特征。模型试验重点测试屈曲铰的大转角变形,并对屈曲铰开展四点弯曲试验和仿真,得到屈曲铰的转角与非线性弯矩的关系,进一步转换获得模型的非线性弯矩。结果表明:数值仿真的转角曲线和弯矩曲线与模型试验的结果均有一定的吻合性,经模型试验验证的数值仿真方法可用于评估船体结构在波浪下的非线性动态强度。

“■”型浮箱式防波堤运动特性和锚链力试验

通过二维断面物理模型,试验研究了"■"型浮箱在规则波作用下的运动量和锚链力与相对宽度、水深、波高、锚链与竖向初始夹角以及锚链拖地长度等影响因素的变化关系。结果表明:波高是影响浮箱运动量和锚链力最敏感的因素,浮箱升沉、横摇和锚链力随波高增大而增大;相对宽度与水深的改变对锚链力的影响较为随机,锚链力并不随着波周期增大而增大,主要原因是波周期越长,浮箱的消浪效果较差的缘故;锚链与竖向初始夹角增大,浮箱横移有所减小,对锚链力而言,30°夹角较为合适;锚链拖地长度加长,横移明显增大,锚链力则有所减小。与矩形浮箱相比,""型浮箱的横移和升沉要大于等于矩形方箱,横摇则小于矩形浮箱,两者的锚链力相差不大。

船舶在规则波中自航因子变化规律的模型试验研究

随着船舶业节能减排受到越来越多的关注,船舶在实际海浪中的性能也受到人们的重视,进行波浪中推进性能的精细研究成为新的需求。为此,进行了规则波中自航试验,研究了规则波中自航因子随波长船长比(λ/L_(pp))的变化规律。研究发现波浪的存在使得推力减额比静水中值有所增加,伴流分数、船身效率、敞水效率、推进效率比静水中值有所降低,并且峰值或谷值出现在λ/L_(pp)约为1.2附近。特别地,对于该船舶来说谷值处波浪中推进效率比静水中减小约40%。此外,规则波中波浪增阻、转速增加、推力增加、扭矩增加和功率增加无因次系数都随着λ/L_(pp)先增加后减小,在λ/L_(pp)约为1.2时达到峰值,且推力增加无因次系数与增阻无因次系数几乎相同。这些变化规律有助于深化波浪中船舶推进性能的研究。

规则波中船舶甲板上浪模型试验研究

为研究船舶甲板上浪冲击压力的特点和规律,针对ITTC国际标准船模S-175进行了水池试验.模型试验采用自航模方式,同步测量了波浪参数、船舶运动、上浪高度、上浪冲击压力等时间历程数据.采用高频率、大量程压力传感器通过改变浪高、浪向、航速、船舶艏部外飘来分析这些因素对船舶甲板上浪的影响.试验结果表明:增大船舶艏部外飘对减缓船舶甲板上浪的作用不是非常显著,在较高海情下还会加剧上浪;试验在国际上首次测到翻卷砰击上浪压力,数据显示翻卷状波浪直接冲击甲板所产生的瞬时砰击压力对甲板的破坏性远远大于波浪涌上甲板,应得到更多重视.

应急型浮式防波堤运动特性和锚链力试验研究

通过物理模型试验,在规则波作用条件下研究了应急型浮式防波堤的运动量和锚链力与相对宽度、波高及水深等影响因素的变化关系。结果表明:波高是影响浮体运动量最敏感的因素,浮体的横荡、升沉与横摇随着波高的增大而增大;浮体的垂荡和横荡随着相对宽度的增大而减小,浮体横摇值则随着相对宽度的减小而减小。在规则波作用下,浮式防波堤的锚链力迎浪侧大于背浪侧,在各种影响因素中对波高的敏感度最高,规律性较明显,锚链力与波高成正比关系,随着波高的增大锚链力也随之增大。锚链受力随着相对宽度的减小而增大,波高1.5 m时锚链力随着相对入水深度的增大而增大,随着波高的增大,模型相对入水深度对锚链力的影响越来越小。

船模规则波自航试验方法

阐述了船模规则波自航试验的方法、规则波中自航因子频率响应曲线的数据整理和表达方法、不规则波中收到功率的谱分析统计预报方法,并给出了不规则波中船舶的失速预报方法。

规则波作用下养殖工船的运动响应特性

采用模型试验和计算流体力学(CFD)方法对一艘新型深远海养殖工船在规则波下的运动响应特性进行研究。针对载液率为81.5%的满载工况,将养殖水体替换为固体,探究自由液面对运动响应的影响;考虑载液率为81.5%和47.4%的2种载液状态,分析载液率对运动响应的影响。结果显示:数值计算结果与模型试验结果吻合良好;自由液面效应和较高的载液率均增大了横摇运动固有周期,减小了横摇运动响应幅值算子(RAO)峰值;自由液面效应和载液率对养殖工船的纵摇运动影响不大。

离岸式潜堤对海堤越浪量影响的实验研究

外海波浪作用下海堤越浪是一个复杂的水动力学过程,越浪量则是评估海堤安全的重要因素之一。离岸式潜堤作为一种典型的护岸工程结构物,已被应用于淤泥质海岸复合式海堤工程,其主要作用是促淤保滩和降低越浪量。本文针对不同的潜堤与海堤距离以及不同的潜堤高程,进行了规则波作用下越浪量系列物理模型实验,给出了各工况下的实测越浪量。实验结果表明:潜堤是否导致波浪破碎是控制海堤越浪量的主要因素之一;当潜堤使得波浪破碎时,潜堤位置对海堤越浪量有较大影响。潜堤与海堤距离接近1/2波长时越浪量偏大。

立管-水平板结构消浪特性试验研究

在现有的矩形方箱和透空结构的基础上,提出一种由立管和水平板组合而成的消浪结构。利用波浪水槽物理模型试验,测试该结构在单向规则波作用下的消浪性能。分别探讨了其单排布置和双排布置时的透射系数随结构宽度、相对吃水深度、相对间距等因素的变化规律。结果表明:单排布置时,透射系数随结构宽度的增大而减小,总体上随吃水深度的增大而减小;双排布置时,透射系数相对总宽度相同的单体结构减少10%,透射系数随吃水深度的增大而减小,前后间距对透射系数的影响不明显。对试验结果数据进行曲线拟合,得到了透射系数关于各影响因素的函数表达式。

振荡浮子式波能俘获装置模型试验研究

针对目前波浪能发电装置能量转化效率较低的问题,设计并制作了圆台形浮子作为能量摄取机构,采取物理模型试验方法,对浮子周围的波浪场要素、俘能系统所受水平波浪力和浮子垂向加速度等进行了同步测量,研究了入射波波高、周期和浮子初始吃水深度等因素对俘能系统工作性能的影响.结果表明:浮子系统所受水平波浪力和垂向加速度与入射波波高成正相关,与周期呈负相关;波陡一定时,适当增加浮子初始吃水对浮子系统所受水平波浪力具有正向激励作用,对浮子垂向加速度影响较小;大波高条件下,俘能装置吸收效率随波陡增加而增加;小波高时,装置吸收效率随波陡增加先增加后减小;波陡较大时,浮子入水截面半径的变化对俘能系统吸收效率影响较大;随着波陡减小,浮子浸没深度对俘能系统吸收效率影响程度增强.

规则波作用下多模块浮桥的水动力性能试验

为了准确计算多模块浮桥的水动力响应,本文通过水动力模型试验对其在规则波作用下的水动力响应和弯矩分布进行研究。将每个浮桥模块划分为两个子模块,中间通过4根连接梁连接,通过在梁的上下表面布置应变片,测量连接梁的受力,从而获得浮桥的弯矩分布。此外,将浮桥模型视为刚体,基于水动力学理论,对浮桥的弯矩和运动响应进行了分析求解。由于浮桥的弹性变形并不显著,试验结果与数值结果吻合良好,证明了假设的合理性。通过试验研究,可为波浪作用下浮桥的动力响应计算提供基准数据,推动浮桥设计理论的发展。

基于规则波试验下浮式风电平台运动特性分析

复杂的海洋环境载荷会对海洋结构物造成明显的运动影响。对于浮式风电平台而言,过于剧烈的运动响应会影响其结构稳性,不利于平台进行作业。因此对其运动响应规律进行研究具有重要意义。为研究这个问题,在拖曳水池中进行模型试验。通过试验,得出浮式风电平台在规则波作用下的运动规律,并提出一些有效措施,为其设计制造提供相应的参考。

栅栏板护面对斜坡堤堤顶越浪流厚度分布的影响

采用高速摄像技术和流动显示技术,在波浪水槽中进行了光板斜坡堤和带栅栏板斜坡堤堤顶越浪流水动力参数实验研究。光板、栅栏板两种条件下,以堤顶前缘越浪流厚度为特征量的堤顶流相对厚度实验结果与现有经验公式均较为吻合,沿堤顶宽度方向呈负指数衰减。实验结果显示,当堤面栅栏板在静水面以上的高度较小时,堤顶前缘越浪流厚度随来波特征波陡和海堤超高的关系与光板条件下得到的经验预报公式一致;当堤面栅栏板在静水面以上的高度较大时,堤顶前缘越浪流厚度明显小于光板海堤的预报值。