基于Voronoi切割算法的碎冰区构造及离散元分析

离散元方法广泛应用于海冰，特别是碎冰区的动力过程及其对海洋结构作用过程的数值模拟。为构造碎冰区中的冰块几何特性，基于二维Voronoi图方法对计算域进行随机切割以生成碎冰区中冰块的几何形态，并采用球体单元对每个碎冰块单元进行填充，从而确定碎冰区的初始分布场。在采用Voronoi图进行碎冰区构造时，可对冰块尺寸、几何形态和密集度等海冰参数进行设定。为确定冰块的不同几何规则度，综合采用排斥法和扰动法以定量地控制碎冰块几何形态从完全随机分布到规则分布的连续变换。为分析不同几何规则度下碎冰块的几何特性概率分布规律，对计算域内冰块的面积和边数等参数进行统计分析，从而可更合理地参数化控制初始冰场中碎冰块的几何特性。在此基础上，本文基于粘接-破碎的球体离散元方法对不同冰况下锥体结构的冰荷载进行了数值计算，讨论分析了碎冰区的海冰密集度、冰块面积和几何规则度对冰载荷的影响。     

NONLINEAR DYNAMICS AND SYNCHRONIZATION OF TWO COUPLED PIPES CONVEYING PULSATING FLUID

In this paper, the nonlinear dynamical behavior of two coupled pipes conveying pulsating fluid is studied. The connection between the two pipes is considered as a distributed linear spring. Based on this consideration, the equations of motion of the coupled two-pipe system are obtained. The two coupled nonlinear partial differential equations, discretized using the fourth- order Galerkin method, are solved by a fourth-order Runge-Kutta integration algorithm. Results show that the connection stiffness has a significant effect on the dynamical behavior of the coupled system. It is found that for some parameter values the motion types of the two pipes might be synchronous.     

Ocean internal waves interpreted as oscillation travelling waves in consideration of ocean dissipation

Most studies of the synthetic aperture radar remote sensing of ocean internal waves are based on the solitary wave solutions of the Korteweg-de Vries （KdV） equation, and the dissipative term in the KdV equation is not taken into account. However, the dissipative term is very important, both in the synthetic aperture radar images and in ocean models. In this paper, the traveling-wave structure to characterize the ocean internal wave phenomenon is modeled, the results of numerical experiments are advanced, and a theoretical hypothesis of the traveling wave to retrieve the ocean internal wave parameters in the synthetic aperture radar images is introduced.     

基于能量传递规律的海洋立管涡激振动抑制研究

涡激振动是造成海洋立管疲劳损伤的重要因素, 抑制振动能够保障结构安全, 延长使用寿命. 多数涡激振动抑制方法基于干扰流场的方式, 但在复杂环境条件下, 仅通过干扰流场对振动的抑制效果有限. 因此, 从结构层面考虑开展了海洋立管涡激振动抑制研究. 基于能量传递的理论, 阐述了立管涡激振动过程中的能量传递规律. 振动能量以行波形式由能量输入区传播至能量耗散区, 主要在能量耗散区被消耗. 通过局部增大能量耗散区的阻尼, 增加振动能量在传播过程中的消耗, 实现涡激振动抑制. 为了求解立管涡激振动响应, 构建了尾流振子预报模型, 并根据实验结果验证了理论模型的可靠性. 基于理论计算得到的能量系数, 判定立管涡激振动的能量输入区和能量耗散区. 通过对比立管增大阻尼前后的响应, 分析了涡激振动抑制效果. 研究结果表明: 在能量输入区增大阻尼对涡激振动的抑制效果并不显著; 在能量耗散区增大阻尼使能量衰减系数达到临界值之后, 能够显著降低立管上部和底部的涡激振动位移; 当能量衰减系数超过临界值后, 继续增大耗散区阻尼对涡激振动抑制效果的提升不明显.      

LNG耐超低温柔性管道研究进展综述

LNG (液化天然气)耐超低温柔性管道是开采、运输、存储LNG过程中的关键装备之一, 被誉为是LNG外输系统的“血管”. 近年来, 随着LNG的开发逐渐由近海走向深远海, 耐超低温柔性管道作为LNG外输系统中的核心输运装备迎来了更加广阔的发展前景, 同时也面临着由更加严苛的海洋环境带来的结构失效的挑战. 本文针对LNG耐超低温柔性管道的工程应用背景、结构设计、内流分析等方面进行了调研与综述, 总结了LNG耐超低温柔性管道上述各项技术的研究进展. 分析了LNG耐超低温柔性管道的波纹管状结构、螺旋缠绕结构和高分子材料的柔顺性结构特征的力学机理, 总结了实现柔顺性结构的方法, 梳理了LNG耐超低温柔性管道管内流体计算分析的规律, 并对LNG耐超低温柔性管道相关技术的未来研究热点提出了展望. 我国在LNG耐超低温柔性管道相关技术的研究工作中起步相对较晚, 突破LNG耐超低温柔性管道的结构设计分析与工业应用中的关键力学问题, 实现LNG耐超低温柔性管道的国产化研制, 对于实现我国深远海天然气资源开发的“卡脖子”技术的自主可控, 助力“碳达峰”国家战略目标的实现具有重要意义.      

UKF-PID模式下动力定位海洋平台-立管系统的动力学分析

在强外界载荷下,在海洋平台-立管多体系统中的海洋平台和立管间的相互耦合作用会加强。从而导致整个系统的非线性增强。考虑到动力定位海洋平台-立管多体系统的强非线性,结合真实的海上施工工程背景和凝集质量法,基于Python镶嵌编程和OrcaFlexAPI模块的组成以及运用规则,对OrcaFlex进行了局部的二次开发,建立了一种基于无迹卡尔曼滤波的UKF-PID控制的动力定位平台-立管多体耦合系统。最终建立了无迹卡尔曼滤波模式下PID控制的动力定位海洋平台-立管刚柔多体模型,并对该模型在特定海洋环境下进行了动态仿真。计算结果对于具体工程实践有着一定的指导意义。     

水下高光谱衰减测量的不确定度分析

研究了水下高光谱衰减测量仪(ACS)的不确定度。通过不同粒径的标准颗粒(2,5,10,20μm)的米氏散射理论计算值与紫外-可见分光光度计(PE35)的实测值对比,得出:PE35的衰减测量误差最大不超过8%。针对我国高浑浊水体环境,利用ACS与PE35对我国东海浑浊海水样品进行衰减同步测量,结果表明:ACS在浑浊水体下的测量结果被低估,其不确定度与波长呈负相关;水体的浊度对ACS衰减测量的不确定度影响较大,且呈正相关,在低浊度水体下ACS(10 cm)的测量值被低估17.2%~19.04%,ACS(25 cm)的测量值被低估7.84%~15.36%,在高浊度水体下ACS(10 cm)的低估则增至26.4%~28.24%。     

面向海洋环境监测的数据可视化控件设计

海洋环境监测对我国海洋经济的发展具有重要促进作用;针对当前海洋监测独有的数据可视化需求及软件复用度不高问题,提出一种基于ActiveX技术的数据可视化控件,在建立坐标映射模型基础上实现对多区域、异构海洋环境数据的标量场及矢量场展示,并提供鼠标漫游、图像放大、图像移动等丰富的界面交互手段;在实际应用中通过配置控件接口及属性便可将其复用在各类海洋监测系统中;实践表明该控件的引入满足了海洋环境监测需求,有效降低了海洋监测软件系统中数据可视化开发的复杂性。