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[硕士论文] 管向阳
土木工程 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:浅层气是一种重要的海洋工程地质灾害,能对钻井、石油平台、海底光缆、输油管线等海洋工程造成严重的破坏。气体的存在改变了海洋沉积物的力学性质,很多海洋工程的设计和施工过程中不得不考虑海底浅层气的影响。海洋含气沉积物在近海、湖泊、大陆架、深海等区域有着较广泛的分布,它是一种特殊的非饱和土,饱和度通常较高。在海洋环境中,波浪荷载作用可能诱发海床液化,从而对海床建筑物与构筑物的安全构成威胁。但以往对于液化的研究主要集中于饱和砂土,却鲜有对海洋含气砂质沉积物的液化响应特性的报道。当前,我国正加快探索和开发海洋资源,探讨波浪荷载作用下海床含气沉积物的液化响应特性,可进一步提升对海洋工程地质灾害的认知水平,为海洋工程的勘察设计提供参考,具有重要的意义。
  本文以我国东部杭州湾海域和东海片区普遍存在的海底浅层气工程地质灾害为背景,以杭州湾海床粉细砂土为研究对象,借助中国科学院武汉岩土力学研究所自主研制的高压溶气饱和仪,基于GDS动三轴实验系统和GCTS空心扭剪实验系统,重塑制备不同初始气体含量的含气砂样,开展循环(波浪)荷载作用下海床浅层含气砂土的液化响应特性试验研究。主要内容如下:
  1、为使试验研究更切合实际,研究了东海北部水文地质条件,分析了波浪理论的适用范围,给出了东海北部海域波浪荷载的计算公式。
  2、为探讨初始含气量和动荷载幅值对含气砂土液化特性的影响,针对不同气体含量的高饱和度含气砂土施加不同幅值的循环荷载,研究了饱和度和动荷载幅值对砂土动应变、动孔压、动强度及液化特性的影响,分析了含气砂质沉积物的液化响应特性,提出了一种适用于含气砂的孔压增长模型,得到了循环荷载作用下含气砂土的动强度曲线。
  3、为考虑波浪荷载下主应力轴连续旋转对海床含气砂土液化响应特性的影响,在主应力轴连续旋转条件下,针对不同初始饱和度的含气砂施加不同幅值的波浪荷载,进行轴向与扭向耦合剪切试验,研究了主应力轴连续旋转条件下含气砂土的动应变、动孔压、动强度及液化响应特性,分析了主应力轴连续旋转对砂质沉积物的动强度影响规律。
[硕士论文] 胡珊
船舶与海洋工程 集美大学 2017(学位年度)
摘要:本文以已经成功海试的漂浮式波浪能发电平台为研究基础,利用水动力学分析软件AQWA对漂浮式波浪能发电平台的采能装置进行数值模拟优化研究,在实验室造波水槽中搭建模型实验台进行实验优化分析,及探索了船艏角度和浮子质量对浮子采能效率的影响,并设计了一种漂浮式波浪能发电平台的变质量浮子系统及其控制方法。研究的主要内容包含以下几个部分:
  (1)介绍几种浮子式波浪能发电装置及其波浪能采集效率研究进展,并指出目前漂浮式波浪能采集装置优化研究存在的各种问题。
  (2)利用微幅波理论以及水动力学分析软件AQWA对该漂浮式波浪能发电平台进行数值模拟优化研究。得到了不同浮子间距、浮子摆放方式和浮子臂长度等情况下的浮子采集波浪能的效率。将数值模拟优化前后的模型图和采能效率进行了对比及分析,最后结果表明:1m的浮子间距优于0.25m的浮子间距,浮子垂直摆放方式优于水平摆放方式,浮予臂长短交错排布方式优于浮子臂长一致的排布方式。
  (3)在实验室造波水槽中搭建模型实验台进行实验优化研究。在相同波况下进行小组对比实验,得到了不同浮子间距、浮子个数、浮子摆放方式和浮子臂长度等情况下的浮子采能功率。将实验优化前后的模型图和采能功率进行了对比分析,结果发现:浮子垂直摆放优于浮子水平摆放,浮子臂长短交错排布优于浮子臂长一致的排布方式,这与数值仿真结果吻合。
  (4)探索了相同波况下,不同浮子的采能效率及不同船艏楔形角和不同浮子质量情况下的各浮子采能效率。结果发现:a、沿波浪的传递方向,各浮子的采能效率依次减小,并且减小的幅度逐渐增加。b、在该平台和波况下,浮子质量较小,采能效率会较高。但具体的质量选取需要根据实际情况来定。c、浮子采能效率随着船艏楔形角的增大而增大。但是船艏楔形角不宜太大,影响平台自对浪效果。
  (5)设计了一种漂浮式波浪能发电平台变质量浮子系统及其控制方法,实现了质量可变技术在波浪能发电装置中采能部分的新应用,增加了波浪能的利用率。
[硕士论文] 林雪萍
环境工程 国家海洋局第一海洋研究所 2017(学位年度)
摘要:人工岛式填海是开发利用海洋空间资源的一种方式,可有效减少对自然岸线资源及沿岸生态景观的损害。但人工岛的形成也影响着区域海洋水体交换、海底地形地貌和近岸岸滩稳定性,因此合理布置人工岛尤为重要,本文进行了离岸人工岛后方岸滩变形预测研究,研究结论则对人工岛设计、选址及岸滩保护等方面具有重要的现实意义。
  本文研究的沙质海岸位于海阳市丁字湾湾口和马河港之间,由两河口来沙在波浪作用下形成。现状下沙质海岸为SW-NE向的输沙平衡状态,沿岸泥沙净向往NE向输移,输沙量较小。人工岛位于沙质海岸正前方1.3km海域,处于落潮三角洲东北侧潮流深槽口外,水深为3.0~5.0之间。
  本文采用MIKE21数值模型模拟了人工岛形成前后的波浪场、潮流场及冲淤环境变化。结果表明:人工岛形成波影区,改变研究区附近海域波浪场及方向分布;人工岛形成后,在岛与沙质海岸之间的涨潮通道过水断面减小,潮流流速变大;在波流共同作用下,岛后波影区淤积加强,波影区两侧侵蚀。
  通过MEPBay、LITLINE模型预测分析沙质海岸岸滩演变,人工岛形成后,后方沙质海岸演变趋势为中间向海淤进,两侧蚀退。经LITLINE模型预测,人工岛形成20年后向海淤进最大距离为176.8m,以最大淤进点为界,南侧两断面输沙率分别为0.92×104 m3/a、1.16×104 m3/a,输沙方向为自SW向往NE向,北侧离最大淤进点较近断面输沙率为0.02×104 m3/a,输沙方向为自NE向往SW向。结合经验公式综合分析,海岸与人工岛之间有形成连岛沙坝的趋势,但岛陆之间较强的涨落潮流对连岛沙坝的形成具有一定的抑制作用。
  最后基于LITLINE模型分别预测了减小人工岛在主波向波峰线投影长度和增大离岸距离方案下的岸线变化。结果表明:人工岛在主波向的波峰线投影长度越短、离岸越远,向海淤进量越小,形成连岛沙坝可能性越小。
[硕士论文] 袁征
结构工程 广西大学 2017(学位年度)
摘要:我国南海珊瑚礁分布广泛,岛礁建设对国家海洋经济的发展起着至关重要的作用。在不破坏岛礁生态环境的前提下,利用岛礁自有的珊瑚碎屑及礁灰岩拌制混凝土,不仅能够有效利用岛礁有限的资源,还能降低陆源建筑材料运输成本,缩短工程建设周期,对于建筑新材料的推广应用和岛礁工程建设开发均具有很重要的科学意义和工程价值。
  本文在分析国内外珊瑚混凝土室内试验和工程应用研究的基础上,针对国家发改委《关键材料升级换代工程实施方案》中要求50MPa珊瑚混凝土工艺配合比、立方体抗压强度、过渡区结晶矿物种类、钙质砂砂浆与礁灰岩凝结物变形特性等方面进行研究。具体研究成果如下:
  1、对实验所用钙质砂和礁灰岩碎块的物理性能进行测定,通过单因素实验选定50MPa珊瑚混凝土主控因素及正交设计基准值为:水泥用量700kg/m3,水灰比0.33,砂率50%,粉煤灰掺量10%。
  2、利用正交实验对珊瑚混凝土立方体试块进行抗压强度测试,经极差和方差分析后得出水泥用量、砂率、水灰比、粉煤灰掺量等影响因素对珊瑚混凝土立方体抗压强度的影响程度逐渐减弱。最终确定50MPa珊瑚混凝土最优配合比为:水泥用量700 kg/m3,水灰比0.33,砂率45%。
  3、龄期对珊瑚混凝土立方体抗压强度的影响研究表明,珊瑚混凝土属于早强混凝土,其7天抗压强度基本能够达到28天抗压强度的85%以上,但随着水化过程的进行,强度增长趋势逐渐减缓。
  4、对比不同种类水泥砂浆及水泥砂浆与礁灰岩凝结物的变形特性,发现钙质砂水泥砂浆与礁灰岩凝结物、普通水泥砂浆与礁灰岩凝结物、钙质砂水泥砂浆、普通水泥砂浆、礁灰岩的压缩模量依次增大。
  5、通过对珊瑚混凝土骨料与水泥浆体界面过渡区位置材料进行X射线衍射实验发现,成分占比相对较高的碳酸镁对珊瑚混凝土骨料与水泥浆体界面过渡区强度的发展具有重要影响。
[硕士论文] 楚立鹏
海洋地质 国家海洋局第一海洋研究所 2017(学位年度)
摘要:随着海洋开发力度的增大,关于海洋的调查研究和海上工程设施越来越多。无论开展海洋工程地质调查还是海底灾害地质评价,海底土物理、力学指标的获取都至关重要。静力触探试验(Cone Penetration Test)是一种原位测试方法,对土体扰动小,具有高效、准确、数据连续性好等特点,正越来越多的被应用到海洋工程地质调查和岩土体工程性质勘察中,是定量评价测区工程地质条件、调查与评估海底地质灾害的重要手段。
  本文将研究区选在黄河水下三角洲埕岛海域,中石化胜利油田主力采油区块就位于该海域,海上平台数量众多,海底管线密布,但该海域海底工程地质条件极为复杂,海洋地质灾害频发。因此研究海床式静力触探在该海域的适用性,积累地区经验,探讨静力触探技术在复杂地层结构中的应用研究具有重要意义。
  根据海床式静力触探试验在黄河口海域工程勘察中的应用,本文介绍了研究区概况,静力触探仪器设备的发展过程,海床式静力触探系统的组成和测试方法,对试验数据资料进行校正、整理和综合解译,并将静力触探参数与地质钻孔数据资料进行联合分析,取得的研究成果如下:
  1.介绍重型海床式静力触探系统ROSON100的设备组成与测试方法,分析影响原位静力触探测试精度的主要因素;
  2.根据静力触探试验实测参数数据,绘制静力触探曲线,判别土质类型,划分研究区地层,对静探曲线体现的硬壳层、贝壳夹层等进行识别、解译,与地质钻孔资料进行对比分析,定量评价静力触探划分地层精度;
  3.将研究区粉质粘土的静力触探参数与室内试验获得的孔隙比、液性指数、粘聚力、内摩擦角、压缩系数、抗剪强度等物理力学参数进行相关性分析,获得适合该区域的拟合回归方程,建立两种参数间的经验公式;
  4.根据静力触探锥尖阻力qc,计算研究区粘性土的不排水抗剪强度Su,将计算值与室内不固结不排水三轴试验和直剪试验结果进行对比分析,提出适用于本区域的经验系数Nkt值。
  5.采用基于静力触探试验数据的液化判别法,对研究区浅层粉土和粉细砂液化可能性进行评判。得出当地震烈度为7度和8度时,研究区15m以浅粉土和粉细砂不会液化,评判结果与通过标准贯入试验和动三轴试验进行液化判别的结论相一致;当地震烈度为9度时,静力触探判别法表明研究区15m以浅粉土和粉细砂层均会发生液化。
[硕士论文] 汤有富
工程力学 安徽理工大学 2017(学位年度)
摘要:随着海洋资源的开发与水下爆破技术的发展,水下爆破工程逐渐增多,水下爆破安全防护问题也逐渐受到人们的重视。在军事领域,现代海军舰艇对水下鱼雷的抗冲击性能的要求也不断提高,研究新型的抗冲击性能更好的防雷舱结构逐渐成为人们研究的重点。因此,开展水下爆炸参数测试及其爆炸有害效应控制的研究,无论是在民用水工工程中还是在军事海洋防护工程上都有着重要的研究价值与意义。
  本文在安徽理工大学小型爆炸水池(Φ5.5m,H3.62m)中开展了不同尺寸类型空气隔层结构防护水下爆炸压力测试,研究空气隔层结构对水下爆炸能量的影响;采用UBOX-6016振动测试仪对空气隔层结构防护作用下爆炸振动信号进行监测,研究空气隔层结构对最大振速和主振频率的影响;结合数值模拟软件对大药量水下爆炸空气隔层防护进行模拟研究;通过Matlab软件编写相关程序对振动监测的信号进行HHT(Hilbert-Huang)分析,研究空气隔层对振动信号的全局频率影响。根据实验与模拟分析,在现有实验条件下得到以下结论:
  (1)空气隔层结构对水下爆炸参数的影响。对峰值压力的影响:空气隔层作用能够有效衰减峰值压力,在0.3m处峰值压力实测衰减率达到49.57%~75.93%,扣除壳体影响的衰减率达到54.14%~92.47%,0.5m处峰值压力实测衰减率达到59.36%~75.09%,扣除壳体影响的衰减率达到80.47%~100.87%。
  (2)空气隔层结构对水下爆炸能量的影响。对水下爆炸输出结构的影响:空气隔层作用下,水下爆炸能量输出结构发生改变:0.3m处比冲击波能所占总能量比重约由40.98%~37.85%降13.89%~1.64%;0.5m处比冲击波能所占总能量比重约由37.46%~26.37%降为13.33%~2.55%;比气泡能占总能量比重则相应增加。
  (3)壳体尺寸对水下爆炸参数的影响:随着隔层结构壳体半径的逐渐增大,气泡脉动峰值压力占冲击波峰值压力比重也逐渐增大,即壳体约束作用下冲击波的冲击作用减弱,气泡的脉动作用加强。
  (4)空气隔层结构对水下爆炸冲量值的影响:空气隔层作用可以明显降低水下爆炸冲量值,30cm处衰减率达到64.48%~82.99%,50cm处衰减率达到50.75%~73.68%。隔层厚度达到Φ80mm~Φ120mm之间冲量值衰减率最大。
  (5)空气隔层结构对爆炸水池临近地基振动的影响。对最大振速影响:随着空气隔层厚度的增加,振动速度先减小后增大,且空气隔层厚度为Φ120mm时,振动速度值最小。并拟合出空气厚度对振动速度衰减值的方程,该方程能够给爆破振动防护设计提供指导;对全局频率的影响:通过HHT分析方法可以得到全局频率所对应的幅值。在空气隔层结构作用下,5Hz~15Hz区间段的幅值减弱较明显,且作用时间得到缩短。空气隔层厚度为Φ80mm~Φ120mm之间达到的防护效果较好。
  本文实验结果与分析对工程爆破领域水下爆破危害防护及军事领域海洋舰艇防雷舱结构设计具有一定的理论参考价值。
[硕士论文] 孟轲
船舶与海洋工程 大连海事大学 2017(学位年度)
摘要:海洋平台往复式压气机管道的振动和压气机与支架系统产生的共振是设备运行中经常遇到的问题,该问题将会影响到设备和系统的正常运作和稳定安全,因此有必要对产生的振动进行控制。在海洋平台压气机的振动控制技术中,传统的方式主要是运用隔振技术,减小支撑刚度和增大压气机成撬质量的方式来实现对振动的控制。由于这些方式存在不经济、结构复杂、不便于维护等问题,本课题旨在尝试使用调谐质量阻尼器这种结构简单的减振器对海洋平台压气机进行减振。其主要研究内容如下:
  1.由于压气机组所受激振力频率主要是中频激振力,因此本文首先论证了调谐质量阻尼器在受中频激振力环境下的减振效果,通过ANSYS workbench建立了调谐质量阻尼器的有限元模型,对受到55HZ激振力产生共振的钢板进行减振,发现能够在频域内得到良好的减振效果,验证了调谐质量阻尼器对受中频激振力的结构减振的可行性。
  2.利用CATIA三维建模软件建立了简化压气机组有限元模型,通过对压气机组进行模态分析,发现第二、三、四阶固有频率值接近于电机的工作频率。在考虑结构阻尼的前提下,根据生产机械设备的厂家提供的数据,施加压缩机和电机所产生的激振力荷载,对电机工作频率波动范围为±10%进行谐响应分析,计算结果表明电机成撬振动峰值产生在该频域段内,成撬的振速最大响应值均超过了DNV振动评价标准所允许的63.85mm/s,需要为其设计相应的减振装置。
  3.为电机成撬设计了合适参数的悬吊式调谐质量阻尼器,通过对比安装和未安装减振器的振动响应曲线,发现加装了减振器的振动响应曲线峰值明显降低,并且振动幅值小于DNV振动评价标准的允许值,证明了该减振器设计的合理性。
[硕士论文] 李天男
土木工程;防灾减灾与防护工程 中国地震局工程力学研究所 2017(学位年度)
摘要:随着南海珊瑚岛礁工程的不断兴建,为尽量减少地震灾害带来的经济损失,对珊瑚岛礁场地抗震设防的研究刻不容缓。目前国内还没有岛礁场地抗震设计规范,岛礁场地工程设计参数的估计需要了解经土层反应后的地震动特征参数,本文研究围绕珊瑚岛礁场地土层地震反应特征分析展开,主要研究内容和结论如下:
  1.总结了国内外关于珊瑚礁工程地质的研究现状和场地条件对地震反应影响的研究现状。并介绍了我国南海海域地震烈度区划和南海海域地震地质构造情况。
  2.采用频域等效线性化波动分析方法,使用一维土层场地地震反应分析软件DEEPSOIL进行土层反应计算。国内外对珊瑚礁工程地质的研究现状表明,珊瑚礁场地覆盖层主要由钙质砂和珊瑚碎屑组成,颗粒坚硬易破碎,无软弱夹层,且各层剪切波速没有随着深度增加而规律性变化的情况。参照珊瑚礁实地钻孔测得参数,包含土层厚度、埋深、密度和剪切波速的物理力学参数及复杂应力条件下饱和钙质砂动力特性实验研究得到的剪切模量比变化曲线G/Gmax-γ和阻尼比变化曲线λ-γ,建立了珊瑚岛礁进行一维场地地震分析所需的土层剖面模型。
  3.选取6个位于日本房总半岛沿海地区海平面以下900m-2339m的台站记录的海底地震动记录,根据震源深度不同将地震动记录归为浅源地震动和中深源地震动两组。分析了在这两个对照组的地震动作用下的珊瑚岛礁场地地表加速度峰值(PGA)、根据美国FEMA-450(2003)法求得的地表加速度反应谱特征周期(Tg)、地表与基岩地震动加速度反应谱之比等地震动参数。得到珊瑚礁场地对中深源海底地震动的放大倍数大于对浅源地震动的放大倍数的结论。
  4.根据能量持时计算方法,选取大量东日本大地震5%-95%能量持时大于140s的地震动记录,分析了在长持时地震动作用下的珊瑚岛礁场地地表加速度峰值(PGA)、地表加速度反应谱特征周期(Tg)、地表与基岩地震动加速度反应谱之比,及地表输出地震动的能量持时等地震动参数。
  5.选取大量近断层脉冲型地震动记录作为基岩输入的强震数据库,分析了以上经过土层地震反应计算得到的地震动参数。结合海底、长持时、脉冲型地震动作用分析结果表明:地表加速度反应谱特征周期与震源深度、基岩地震动持时及场地土层结构有较大相关性;珊瑚礁地表加速度的峰值(PGA)受输入地震动种类影响不是很大,受场地土层结构影响较大。
[硕士论文] 张雨
地理学;自然地理学 天津师范大学 2017(学位年度)
摘要:当前,中国围填海规模增长过快、布局不合理、利用效率不高、生态建设欠缺等问题突出,加强围填海管控乃大势所趋。为避免围填海管控措施的简单化和“一刀切”,提高管控措施的地区针对性,本文开展了基于围填海耦合协调度评价的围填海管控分区方案研究。
  首先,本文利用多时相的多源遥感数据提取了1979-1990年、1991-2001年、2002-2008年和2009-2014年4个阶段中国沿岸围填海演变信息,概要分析了最近30多年的围填海规模和分布情况。研究表明,1979-2014年期间,中国沿岸围填海累计面积已达11508.36km2,围填海年均增长328.81km2,重点分布在辽东半岛沿岸、渤海湾与莱州湾沿岸、苏沪与杭州湾沿岸以及珠江口沿岸。
  其次,依据围填海管控的政策取向,对现有的耦合协调度评价模型进行了改造,构建了沿海地区围填海强度与社会经济水平、资源环境承载力的耦合协调评价模型,并以既能体现主要作用因素又能适应资料来源为原则,遴选了评价指标。
  然后,分别根据围填海强度与社会经济水平、围填海强度与资源环境承载力之间的耦合协调关系,对沿海53个市进行分类:严重失调、轻度失调、基本协调和高度协调,并结合两种协调关系的综合特征,以“就高不就低”的原则,进行地区综合分类。
  最后,依据围填海管控政策主线和生态管海的策略取向,归纳得出现阶段围填海管控要点,并根据围填海强度与社会经济水平、资源环境承载力耦合协调度的地区差异,提出围填海分区管控的策略建议。
[硕士论文] 陈林林
机械工程 沈阳理工大学 2017(学位年度)
摘要:随着科技的进步与社会的发展,人们对能源的要求也日益增高,在不断增长的生存压力下各国对海洋能源的开发越来越重视。在科技发展迅速的今天,要想保障国家陆海领土的完整性以及能源的开采需求,深水设备的开发也就变得很有必要。
  本文以某封闭式箱形壳体件的疲劳寿命评估为研究对象,利用有限元软件ANSYS计算出箱形壳体零件的疲劳寿命为目标。首先对箱形壳体零件的工作环境进行了一个深入的研究并计算出了海流力及波浪力,之后又对评估零件疲劳寿命的理论及影响因素进行了一个广泛的研究,以便取恰当的疲劳寿命准则。然后利用ANSYS的APDL设计语言对箱形壳体零件的焊接部位进行了细致的建模,并分析计算出了箱形壳体件的焊接残余应力值,为下一步探究焊接残余应力对疲劳寿命的影响提供一个计算依据,并且由已知的受力分析条件对箱形壳体件进行了静强度分析、模态分析以及疲劳寿命评估。最后给出了箱形壳体件的仿真疲劳寿命值,并在文章最后对海水的腐蚀机理进行了一个初步的研究。
  最终得到如下仿真结果:(1)壳体焊接部位处的残余应力值约1800pa。(2)壳体的前六阶固有频率值均为零,第七、八、九阶固有频率值分别为9291、12278、12514。(3)壳体的疲劳寿命约为8.9年。
[硕士论文] 徐怿弘
机械电子工程 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:随着国家大力发展深海装备,深海空间站关键技术项目已被国家列入海洋领域的重点发展项目。而穿梭运维器的概念作为对深海空间站的人员交换物资补给以及协同空间站进行深海工程作业等需求而被提出。水下运载器之间的对接技术是穿梭运维器对深海空间站起到支持作用的最关键技术,也是发展深海空间站必须攻克的难题。本文以课题组现有的三体AUV实验平台作为研究对象,对于水下对接的结构,以及对接时运载器的运动控制进行了深入的研究。
  第一章介绍了课题的研究背景,阐述了深海空间站和水下运载器的技术发展现状,并且对于需要研究的对接技术存在的问题进行了概述,简单阐释了本课题的主要研究内容。
  第二章介绍了三体AUV的各项参数性能,螺旋桨推进器的性能以及所配备的传感器。然后对三体AUV进行了模型建立,并且由于主要研究的是AUV定深与定艏控制,而推进器的布置又很利于运动解耦,所以在深度方向和艏向进行了AUV模型的简化,以便后续设计控制器的仿真。
  第三章在AUV平台的基础上设计了模拟空间站与运载器水下对接和锁紧的装置,同时还设计了锁紧装置的液压系统和机械结构,以及保证能稳定对接并且可靠锁紧。
  第四章针对AUV平台参数时变且不确定性大,外干扰因素较多的特点,对AUV定深控制设计了基于时间延迟估计(TDE)算法的(线性TDE-PD)控制器,并且证明了其稳定性。在AUV定深的仿真和实验中证明其控制器设计简洁且控制性能优越。针对罗盘参数返回频率较小的特点,设计了基于TDE算法的积分滑模鲁棒(TDE-ISMC)控制器,并且证明了控制器的稳定性。在AUV定艏实验中,有更小的跟踪误差,证明该控制器有更好的控制性能。
  第五章用三体AUV实验平台进行了水下对接实验,并且对实验结果进行了简要分析。
  第六章总结了全文的工作,并对存在的问题,提出了改进的方向。
[硕士论文] 张青松
机械工程 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:用人工方式将高压气体注入深层海水的垂直提升管中,运用气泡上浮所产生的拖拽力将富含营养盐的深层海水提升至海洋表层,对提高海洋基础生产力有重大意义。该技术领域现有理论较为零散、简单,且在大管径闭式注气系统方面的研究工作尚未有效开展。因此,研究管内水下注气技术中的关键参数如管参数和注气参数等,来分析两相流流型的变化及对提升量的影响就显得尤为重要。
  本论文的主要内容如下:
  第一章阐述了本课题的研究目的和意义。分别概述了人工气力上升流和管内气液两相流的研究现状,对两相流流型发展和竖直管内的气液两相流的分类也做了简单的概括。
  第二章建立及完善了涌升管内注气提升系统的理论模型。本文首次对大管径下的气液两相流进行理论分析,在当前的能量流数学模型基础上增加了含气率参数和提升装备结构所带来的能量损失,重新计算得出了大管径闭式注气系统的提升曲线,同时也对开式、小管径和大管径闭式注气系统在相同注气量情况下的提升量做了比较。
  第三章研究了涌升管结构参数与液体提升量之间的关系。运用FLUENT进行数值模拟,得到了水下注气提升量随着涌升管的直径、注气口的水下深度和注气流量的增大而增大,随着涌升管长度的增大反而减小,其中,注气量的增加在提高提升量的同时,使提升幅度减小。另外,通过研究管内结构对涌升流流量的影响发现,增加障碍物之后,管内明显形成了强烈的湍流,虽然这使湍流耗散的能量增加了,但同时显著增加了液体的提升量。
  第四章研究了涌升管中气相含气率对气液两相流流型的影响。通过对涌升管中气液两相流进行数值模拟,在基于网格中含气率过半时即为气相前提下,得出不同流型下两相流含气率对应着不同的波峰值。
  第五章完成了在涌升管中的水下注气提升实验。实验采用透明有机玻璃管作为提升管,成功观察及测量了在不同涌升管管径、不同进气量和不同的进气深度条件下,两相流流型的形态和变化、管内液体提升量的变化等。
  第六章总结了对本论文的主要研究工作,并探讨了下一步需要继续的研究工作。
[硕士论文] 殷长山
港口、海岸及近海工程 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:方型布置四圆柱系统作为多柱结构布置的基本单元,在码头、跨海桥梁、深海石油开采等近海和海洋工程领域有着广泛的应用。四柱体结构之间排列紧密,在恶劣海洋环境中受到波浪流的联合作用,极易导致结构体发生损坏,尤其是当旋涡脱落频率接近结构体的固有频率时,还有可能发生共振现象,加速结构体疲劳破坏。对四柱体结构附近的流场特性进行机理性探究,有助于揭示多桩结构及尾流间的相互干扰耦合作用,为近海和海洋工程的优化设计和施工提供技术参考。
  本文基于物理模型试验和数值模拟方法,开展了方型布置四圆柱在不同间距比、迎流角和雷诺数下绕流流场特性研究。物理模型试验主要采用粒子图像测速技术(PIV)对不同间距比和迎流角的条件下四柱体的瞬时及时均尾流流场信息进行了采集,获得了瞬时及时均涡量等值线图、时均速度矢量及流线拓扑图。通过对下游速度进行能谱分析获得了下游柱体的旋涡脱落频率Strouhal数。基于试验数据,探讨了间距比对四柱体后的时均及瞬时尾流形态、旋涡脱落频率的影响。依据间距比的变化,试验发现了三种不同的流场形态,即小间距比下的“屏蔽流”模态,中等间距比下的“剪切层再附着”模态和大间距比下的“涡冲击”模态。间距比的变化对柱体尾部脱落的旋涡涡量值的大小有很大的影响。流态发生切换时,Strouhal数改变明显。迎流角不等于零时,下游柱体在横向及流向方向都会对上游柱体尾流产生影响;迎流角发生改变时,四柱绕流尾流形态变化明显。
  基于计算流体力学软件ANSYS Fluent,本文开展了不同间距比和雷诺数下的柱体尾流形态、旋涡脱落频率和结构受力分析的数值研究。本文综合考虑了间距比和雷诺数对流态发展的影响,归纳了不同流态区间图。通过数值模拟发现,涡脱相位差只和间距比有关,而和雷诺数无关。柱体表面平均升、阻力系数(C)l、(C)D的大小随柱体之间间距的改变而发生变化,当流态发生切换时,(C)D和(Cl)的值变化明显。在同一间距比条件下,随着雷诺数的增大,流态发生转换,Cl'增加。
[硕士论文] 程都
水利工程 浙江大学 2017(学位年度)
摘要:波浪在与近岸结构物相互作用过程中常伴随反射、折射、绕射、紊流、高次谐波的产生等复杂现象,在极端海况下还会遭遇到波面破碎、翻滚及水气掺混等强非线性自由面大变形问题。因此,利用物理模型实验加深对上述复杂现象的认识、开发适合上述现象的数学模型准确预测复杂海况下结构物周围水动力特性、波浪力和结构响应,对开展结构设计和安全防护等问题的研究具有重要的工程应用价值。本文在总结前人研究成果的基础上,开展不同水深条件下,不同尺度规则波和孤立波与近岸结构物相互作用的实验研究和数值模拟。
  首先,在宽断面波浪水槽内开展波浪与潜堤、水下承台上垂直和倾斜结构物相互作用的实验研究,着重研究不同水深条件下,不同尺度波浪与近岸结构物相互作用时的波浪非线性变形、波浪在结构物周围的破碎过程以及结构物周围流场及压力场等水动力特性的变化过程。
  其次,基于自主研发的数学模型,开展波浪与近岸结构物相互作用的数值模拟研究。本文数学模型以Navier-Stokes方程和连续性方程为控制方程,以高阶差分紧致插值曲线(CIP:Constrained Interpolation-ProfileMethod)方法为流场的基本求解器离散Navier-Stokes方程,通过多相流理论描述固-液-气之间的相互作用,采用便于描述复杂几何外形和运动物体边界的浸入边界法处理结构物边界,并采用精度更高的改进型双曲正切函数(THINC/SW:Tangent of Hyperbola for INterface Capturing/Slope Weighting)方法进行自由面的重构。通过对二维/三维溃坝波与结构物相互作用的模拟,对模型的正确性和有效性进行了验证。基于建立的模型,开展潜堤上波浪变形、波浪对承台上结构物作用等问题的数值模拟,重点分析结构物附近的波面高程、流速信息、冲击压力等参数,数值结果与实验数据吻合良好。此外,还利用已得到验证的本文模型开展了波浪与承台上不同坡度结构物相互作用的研究,发现结构物坡度将直接影响反向涌浪的形成及大小。
[硕士论文] 李庆超
船舶与海洋工程 浙江海洋大学 2016(学位年度)
摘要:随着陆地资源的日益紧张,人类逐渐把目光转向蕴含丰富资源的海洋,船舶、海洋平台、海底导油管道等海洋工程设施的数量不断增加。在海洋环境中,生物与微生物对海洋工程设施的附着,不可避免的使其寿命减短,造成严重的经济损耗,甚至在安全运行方面留下巨大的隐患。海洋细菌是海洋微生物研究中的重要分支,是海洋生态系统中重要环节,因此建立复合菌种对海洋工程材料腐蚀防护的基础理论,为我国海洋工程设施的设计、建造、选材提供理论保障,对提高我国海洋工程设计能力和建造水平都具有非常重要的现实意义。
  本论文主要采用电化学实验和腐蚀形貌观察等方法,在实验室条件下对海洋工程设施中常用黄铜和低碳钢两种材料,分别在硫酸盐还原菌、铜绿假单胞菌、噬油菌及其复合菌种等五种不同环境介质条件下的腐蚀行为进行了研究。
  实验结果表明,黄铜在单一硫酸盐还原菌菌种条件下,由于阴极去极化作用而加速腐蚀,且随着试样浸泡时间的增长,腐蚀电位负移,腐蚀电流密度正移,表明腐蚀加剧;在铜绿假单胞菌环境中,由于微生物膜的形成前期对于黄铜起到了一定的缓蚀作用,但随浸泡时间的延长,铜绿假单胞菌对黄铜缓蚀效果减弱甚至促进了腐蚀的进程;Q235低碳钢在硫酸盐还原菌单菌种溶液中由于阴极去极化作用促进了Q235钢的腐蚀,试样表面出现了大范围的局部腐蚀;在噬油菌中低碳钢腐蚀初期由于氧浓度差腐蚀速度加快,后期腐蚀反应减慢,试样表面腐蚀相对较轻;黄铜在硫酸盐还原菌和铜绿假单胞菌的复合菌种溶液中,黄铜腐蚀电流密度介于单一铜绿假单胞菌和硫酸盐还原菌种的腐蚀电流密度之间;Q235低碳钢在硫酸盐还原菌和铜绿假单胞菌的复合菌种溶液中,腐蚀电流密度均小于两种单一菌种作用时的腐蚀状态,两个试验结果均说明铜绿假单胞菌抑制了硫酸盐还原菌的生长;Q235低碳钢在噬油菌和硫酸盐还原菌复合菌种中的腐蚀状态与其在噬油菌单一菌种中的腐蚀前期状态相类似,也说明是噬油菌抑制了硫酸盐还原菌的生长。
[硕士论文] 金豁然
船舶与海洋工程 浙江海洋大学 2016(学位年度)
摘要:文章结合90m自升式海洋平台,以提高平台升降的稳定性和安全性能为目标,展开了对液压升降系统的深入研究和分析,在此基础上开发了一套国内空缺的齿轮齿条闭式液压升降系统,给出详细的数学模型,总结了该升降系统的潜在失效模式和后果分析(FMEA),且运用AMEsim软件对各升降工况进行仿真分析,验证了该系统设计的安全性、合理性和可操作性,可为齿轮齿条闭式液压升降系统的国产化提供参考,围绕液压升降系统,本文重要工作如下:
  (1)对90m自升式海洋平台的升降系统进行透彻分析,并运用AMEsim对各升降工况进行仿真分析,为闭式液压升降系统的设计积累经验;
  (2)开发出一套国内空缺的齿轮齿条闭式液压升降系统,并给出详细的数学模型;
  (3)建立多工况下海洋平台液压升降系统的仿真模型,按实际工况,设置各仿真元件的具体参数,保证仿真结果的精确性。对该闭式液压升降系统的升降船、升降桩、预压载等多个工况进行仿真分析,验证设计的合理性;
  (4)整理出该升降系统的FMEA分析,确保具有一定的冗余度,使其任一构件或部件失效不至于损害平台的安全,验证设计的可靠性和安全性。
[硕士论文] 赵宗文
船舶与海洋工程 浙江海洋大学 2016(学位年度)
摘要:立管是海洋资源开发过程中必不可少的部分,在海流复杂的深水环境中,立管会受到高温、高压的影响,变得尤为脆弱,而涡激振动是影响较为严重的因素之一,因此对于立管涡激振动的研究势在必行。本文基于CFD方法,采用DES湍流模型,以固定圆柱绕流为基础,分别开展了刚性圆柱体及柔性立管涡激振动数值模拟的研究。
  首先,本文对固定单圆柱绕流进行了数值模拟研究,验证了DES湍流模拟在模拟绕流时的可行性;同时开展了串列双圆柱绕流数值模拟的研究,得到了不同流体参数和涡脱落形态变化规律。
  其次,开展了刚性圆柱体涡激振动的数值模拟研究。对低质量比为1和2.4和高质量比为7的刚性圆柱体分别进行双自由度涡激振动流固耦合模拟,得到了不同质量比工况下无因次振幅与约化速度之间的相关性,圆柱体的“8”字形运动轨迹以及“差拍”、“相位转换”等现象。同时,开展了间距比对双圆柱体双自由度的涡激振动影响的研究,依次分析无因次振幅随约化速度的变化规律,间距比对振动特性的影响及尾流区的泻涡发放形态及脱落变化规律。
  最后,开展了柔性立管涡激振动的流固耦合研究。通过workbench平台开展了不同条件下立管固有频率大小的研究,结果表明,在水中的固有频率小于在空气中的固有频率;又在刚性体研究的基础上,采用CFX+ANSYS软件,进行了柔性立管的涡激振动流固耦合模拟,分别得到了不同剪切流速度下的立管的振动特性与振型及尾流场的泻涡发放规律;同时进一步研究了均匀流条件下时,立管内部有无流场对涡激振动振动特性的影响。
[硕士论文] 姜涛
船舶与海洋工程 大连理工大学 2016(学位年度)
摘要:海洋工程平台上的管路可以比喻成人体里的血管,只有通过这些管路,才能使平台上各系统功能得以正常连接、发挥作用,所以说管路是海洋工程平台设计中最重要的设计内容之一。与此同时,管路系统设计的好坏还直接关系到平台的经济成本和平台的重量。平台上管系设计大致包括:初步设计、功能设计、详细设计、生产设计和系统支持信息。管路布置设计是在二维或三维空间内寻找满足约束准则,并且能够连接给定起点和终点的管道路径。但是由于平台上管子数量庞大,约束条件复杂、布置空间有限,目前在实际设计阶段中,还是主要依靠经验丰富的设计人员来完成。所以,管路生产设计的优化非常困难,已经落后于利用先进技术、方法来施工的平台建造周期,并且已成为制约平台设计周期的一个瓶颈,因此这是一项亟待解决的技术难题。
  自上世纪70年代起,国内外学者、专家就开始对管路优化设计问题进行研究,先后经历了从二维空间的简单约束发展到在三维空间内的多目标、多约束,提出了许多解决问题的方法或算法,为管路优化设计的进一步深入研究作了大量的有价值的研究工作,但是到目前为止,还没有形成一套成熟的理论和理想的方法。
  文中通过结合自身平日工作中所掌握的一些管路优化布置的方法、原则,并且引入可维修性理论和模块化设计理论,从工程实际出发,对海洋工程平台上机舱管路优化设计加以研究,总结出一些适用于海洋工程平台的管路优化布置经验、方法。本文从多方面讨论了机舱管路的优化布置,包括基于可维修性理论的散装泥浆和水泥输送系统管路优化设计;防海生物装置和管路的优化;基于模块化理论的泥浆泵室设备及管路的优化设计;发电机排烟管路上管子支架的优化布置等实际工程优化项目。
  海洋工程平台上管路设计的好坏不仅关系到实船上管路布置是否美观,同时也关系到管路上相关阀件、附件是否容易可操作,并且更为重要的是海洋工程平台对本身的重量要求非常苛刻,而且管路通过优化布置后可以节省建造成本和建造周期,所以说管路优化布置对海洋工程平台在多方面都有重要的意义。
[博士论文] 闫会宾
结构工程 浙江大学 2016(学位年度)
摘要:海洋平台在海洋油气田开采中担负着重要作用,海洋平台在极限海况下坍塌以及在上部结构的火灾爆炸事故均会造成人员伤亡、财产损失以及环境污染等重大事故,是需要不断深入研究的问题。海洋平台极限工况下坍塌是极限承载力问题,使用可靠度方法对极限承载力进行可靠度评估是安全评估中的重要方法,但如何考虑抗力衰减的海洋平台时变可靠度评估尚未得到较好解决;气体火灾爆炸在海洋平台上部结构的该类事故中占有较大比例,常采用风险评估方法进行评估,但也面临着方法定量性不强,过于依靠经验的问题。针对上述问题,本文的主要研究内容包括:
  (1)以导管架平台为例,分别研究了风暴荷载作用下以及极值冰荷载作用下平台极限承载力的时变可靠度问题。考虑腐蚀对平台抗力衰减的影响,给出了适用于导管架平台的时变可靠度评估的方法。
  (2)提出了一套针对海洋平台上部结构由气体泄漏导致的火灾与爆炸风险进行定量风险评估的方法。该方法结合危险事故区域分析概念、场景频率与概率分析技术、CFD分析技术定量生成指定数量的泄漏场景,并可以根据泄漏场景确定相应的火灾与爆炸场景;该方法还给出了不同场景发生概率的计算方法,并基于概率超越曲线法给出了火灾与爆炸设计荷载求解方法。
  (3)采用火灾动力学CFD软件FDS进行喷射火模拟并与试验进行对比验证了本文方法的可行性;基于FDS对典型海洋平台上部结构的不同喷射火火场进行分析,研究喷射火场景下平台上部结构的火场分布规律,并探究不同场景参数对火场分布规律的影响。
  (4)基于ABAQUS有限元软件进行高温下的结构响应分析,对高温下的简支梁进行分析并与实验对比来验证方法有效性;基于FDS和ABAQUS探究真实喷射火场景下的结构响应分析方法,并探究不同喷射火场景导致的结构失效机理。
  (5)基于FLACS模拟气体爆炸场景并与试验结果进行对比来验证分析方法。基于FLACS对典型海洋平台上部结构进行气体爆炸模拟,研究火焰传播规律及爆炸超压随时间变化的空间分布规律;分别研究空间阻塞情况以及侧向限制情况对整体超压以及超压分布规律的影响。
  (6)基于LS-DYNA有限元软件对防爆墙结构在超压曲线下进行动力响应分析,探究不同参数对结果的影响并与实验结果对比验证的正确性;基于LS-DYNA有限元方法以及理论分析方法对不同荷载形式下的结构响应机理进行研究;基于FLACS以及LS-DYNA研究真实爆炸场景下的平台框架结构的动力响应分析方法,探究真实爆炸场景下的结构失效机理。
  (7)研究各类火灾爆炸风险降低方法的原理;对基于以可靠性为中心的维护(RCM)方法在油气泄漏的设备维修维护方面的适用性进行研究,并对RCM方法中基于状态的维修策略的检测间隔期制定方法进行研究,给出一套合适的间隔期制定方法。
[硕士论文] 贾勇
港口、海岸及近海工程 大连理工大学 2016(学位年度)
摘要:软刚臂单点系泊系统(Single Point Soft Yoke Mooring System)是一种依靠软刚臂提供回复力的转塔式单点系泊结构,可以为浮式海洋平台在固定海域的长期作业提供一个相对安全可靠的系泊方案。浮式平台在设计、作业和维护等过程中都需要首先确定其运动响应,物理模型试验是平台运动响应研究的一种重要手段,它可以尽可能真实地模拟系泊平台在实际海况下的运动。在实际工作中浮式平台的主要荷载来自海浪,海浪的非平稳特性造成平台运动响应也是非平稳的,然而传统的傅立叶变换在对这些非平稳信号的分析和处理上存在缺陷。小波变换是时下非常流行的一种信号分析和处理的工具,由于其具有多分辨率特性以及在处理非平稳随机信号上的显著优势,在海洋工程领域已经得到越来越广泛的应用。本文进行了一个软刚臂单点系泊的浮式海洋平台在风、波浪和水流联合作用下的运动响应的物理模型试验,使用基于小波变换的数据分析方法,对浮式平台静水自由衰减信号的解耦、随机波浪下运动响应与波浪之间的相关性、风浪流联合作用下波浪群性对运动量的影响三个方面进行了研究。
  本文首先对软刚臂单点系泊浮式平台的物理模型试验作了详细介绍,分别从试验布置、模型介绍、数据采集、试验工况和试验内容五个方面作了系统的说明。随后简要阐述了一维连续小波变换和一维离散小波变换的基本原理,在此基础上重点介绍了本文所用到的信号解耦方法、小波相关分析方法以及基于小波变换的波群参数。然后运用上述方法对试验结果进行了深入分析。
  针对平台在静水中的自由衰减试验,重点分析了横摇自由衰减信号。运用小波相关分析的方法得到了横摇自由衰减过程中,升沉-横摇和纵摇-横摇的相关性的时-频分布,证明了升沉和纵摇对横摇的耦合影响。运用基于离散小波变换的信号解耦方法对横摇自由衰减的原始信号进行了处理,得到了真实信号,采用不同小波基函数的结果对比显示db20小波的解耦效果最佳。
  针对平台在随机波浪下的运动响应试验,重点分析了平台的纵荡、升沉和纵摇运动与波浪的时-频相关性。通过波浪与平台的纵荡、升沉和纵摇运动的小波互谱和小波相关谱可以发现:平台的纵荡、升沉、纵摇与波浪之间的相关性与波浪的局部群性有关,其中升沉、纵摇与波浪的相关性会随着波浪局部群性的增减而增减;平台纵荡极值是波浪波频成分和低频成分共同作用的结果;纵摇极值的出现主要是由于接近平台纵摇自振频率的波浪运动导致的。通过小波相关分析和傅立叶相关分析的结果对比,证明了小波相关分析方法在非平稳波浪与其引起的平台运动的相关分析上比传统傅立叶相关分析方法更有优势。
  针对平台在风浪流联合作用下的运动响应试验,重点分析了波浪群性对平台纵荡、升沉和纵摇运动的影响。使用基于一维连续小波的群高参数G凡和群长参数GLw来量化波浪的群性程度,从它们与平台的运动响应之间的关系发现:波列的最大波高随着群高参数GFw的增加而增加,随着群长参数GLw的增加而减小,从而导致平台的纵荡、升沉和纵摇响应都随着群高参数GFw的增加而增加,随着群长参数GLw的增加而减小。同时与波浪同向的定常风和定常流均会减小波列的特征波高且不影响波列的群性特征,但会增强波浪群性对平台纵荡响应的影响。
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