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[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] 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] 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] 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] 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] 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] 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] 周晗
机械工程 哈尔滨工程大学 2017(学位年度)
摘要:多浮体结构作为海上资源研究的保障平台,近年来随着对海洋资源的探索应用已成为海洋开发的必要前提。由于海洋环境的复杂性以及多浮体间相互的耦合作用使得多浮体研究的难度加大。如何准确合理的预测环境载荷已成为海洋工程结构物安全设计和运营可靠的前提。因此研究多浮体结构的运动响应以及在极端海况下的运动和受力问题对于海洋工程技术的发展具有重要意义。
  本文以中小型浮体为研究对象,基于三维势流理论,采用ANSYS/AQWA软件对单浮体模块和多浮体模块在时域内的运动和受力问题进行了分析模拟。以有连接关系和无连接关系的两浮体为研究对象分别分析了在规则波作用下各影响因素对浮体运动的影响,此外还在极限海况下探讨了铰接双浮体的运动和受力问题。最后以4个浮体为例探讨了各影响因素对多浮体连接的影响。
  本文在对单浮体的研究中,在时域内分析了浪向角对单浮体运动响应和受到的波浪力的影响,并在此基础上分析了浮体运动对水动力系数如附加质量,阻尼系数等的影响。在对两个浮体模块的研究中,在三级海况下分别以无连接关系和有连接关系的两个浮体为研究对象探讨了两个浮体运动的相关问题。在以无连接关系的两个浮体为研究对象时分析了浮体间距、浪向角、浮体长度等对浮体运动响应的影响,根据在各影响因素作用下无连接关系的两个浮体的运动响应变化规律,提出了实现两个浮体连接的相关建议;在以有连接关系的两个浮体为研究对象时假设连接方式为铰链连接,且该铰链为只有y方向转动的圆柱形铰链,在规则波作用下研究了水深、浪向角、铰链刚度等影响因素对运动响应和受到的波浪力的影响。此外,对百年一遇海况时设计波波高和周期进行了计算,并探讨了在该设计波作用下浮体的运动响应和受到的波浪力。
  本文在两个浮体模块研究的基础上将研究对象扩展为多浮体,以4个铰接浮体为研究对象分别研究了浮体数目、浪向角、水深、波长等因素作用时多浮体的运动响应和受到的波浪力,将多浮体运动响应随各影响因素的变化规律与两个浮体时运动响应随影响因素的变化规律相对比,得出多浮体铰接时浮体的运动响应和铰接点波浪作用力的变化规律,在此基础上为合理设计浮体间连接器提供参考。
[硕士论文] 武钰华
第四纪地质学 辽宁师范大学 2017(学位年度)
摘要:随着经济的迅速发展及城市建设不断加快,有限的土地资源难以满足人类的生存需求,因此拓展沿海区使之成为陆地资源的方式逐渐进入人们的视野,而人工填海扩充土地的方式导致了海岸线的前移。同时,某些沿海城市因建设用地保有量受限以及城市发展需求等因素产生的土地压力,而不得不将视线转向海岸区以开辟新土地。由于填海区的特殊地质条件使得基础等地下工程的施工难度增高,因此为确保施工质量及施工安全,在制定和选择施工方案时,需结合现场环境及工程实际状况。其中,选取合适的基坑支护方法尤为重要,运用合理方法,达到在保证设计施工合理的前提下,尽可能地减少成本的目的。
  本文收集、整理了国内、外邻海回填区基坑支护方法的相关资料,参考大连市邻海回填区岩土勘察资料,总结已完成的邻海回填区基坑的支护方法,选取位于大连市邻海回填区某地块项目基坑支护工程为研究对象(基坑底标高按-6.50m考虑,基坑顶标高为4.00m,基坑深度为10.50m),为了选取最适用于该基坑的支护方法,在相关单位的配合下,于拟建场地完成了钻探取样、原位测试(标准贯入试验、重型圆锥动力触探试验和十字板剪切试验)、土体加固、现场直剪试验、抽水试验、水质分析试验和室内岩土体力学性质试验等一系列工作,将现场、室内试验得到大量的试验数据进行修正、整理、分析,得出有效地岩土体参数,再经过反复的计算对比后,结合邻近海边回填区地下水量丰富且与海水连通、场地空间有限,回填区土体薄弱等客观存在的条件以及考虑到具体施工过程中地下连续墙的施工设备在北方尤其是在大连地区不太适用,拟建地下建筑物较为复杂内支撑的技术手段还太过繁琐直接影响工程进程及工程造价等各个方面因素,明确各方法的假定条件、计算过程及结果精确性,将所得评价结果进行对比,最终提出了以改善回填区薄弱土体即土体加固为核心的方法,并选取了双排悬臂桩+放坡+喷射混凝土+土体加固的联合支护形式作为支护结构;咬合桩(支护桩与止水桩相互咬合形成封闭帷幕)作为主要的止水体系,同时采用集水明排的方法排走坑内存水、大气降水及侧壁渗漏水,整套基坑支护方法在继承传统工艺的基础上,进行了改进,不仅满足达到安全支护的效果,同时也为后续基础施工留出足够的工作空间,克服了以往因邻海回填区岩土体参数不足而增加复杂的支护结构等问题,咬合桩更是起到了一举多得的效果,对比以往周边类似基坑采取的支护方法,本文阐述的基坑支护方法是更为安全、经济,尤其适用于现阶段我国北方的邻海回填区的基坑工程。
[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] 徐显明
船舶与海洋结构物设计制造 宁波大学 2017(学位年度)
摘要:自升式钻井平台作为移动式海洋平台的一种,具备导管架平台等固定平台所不具备的若干优势,是深海能源勘探、开发的主要结构物之一,但由于自升式钻井平台的桩腿柔性较大,固有周期较长,随着作业水深的增加,在复杂多变的波浪载荷作用下,极易发生共振现象,造成整体的响应过大从而影响结构的整体强度,因此利用海洋结构分析软件对自升式钻井平台进行波浪作用下的动力响应分析是非常有必要的。此外,考虑自升式钻井平台作业海域极端环境的发生,尤其是百年一遇的风暴环境工况,必须对平台进行静态塑性倒塌分析来评估其强度余量。当自升式钻井平台长期遭受到中低频波浪的循环作用时,平台结构极易在交变载荷作用下发生疲劳损伤,影响整个海洋平台的使用寿命,因此对平台结构进行疲劳分析就显得极其重要。
  本文针对自升式钻井平台在基础设计阶段所需解决的结构强度问题,采用国际海洋工程分析软件 SACS对在北大西洋海域作业的350英尺自升式钻井平台进行了静态塑性倒塌分析、波浪动力响应分析以及疲劳分析。首先,对目标自升式钻井平台结构进行三维全尺寸建模,将平台的主船体结构以及桩靴结构进行等效简化,选取北大西洋海域百年一遇的环境载荷作为极限载荷工况并考虑16个不同的环境方向,然后基于非线性倒塌理论,采用逐级施加载荷方法,利用 COLLAPSE模块对目标自升式钻井平台进行倒塌分析来求解平台的极限承载力以及平台结构率先发生损坏的杆件以及节点;其次,本文对作业工况下的自升式钻井平台进行了模态分析,并采用 SACS的随机波浪响应模块对平台进行了波浪动力响应分析,将所得到的基底剪力和倾覆力矩与静态相比较,判断平台结构发生共振的可能性以及波浪动力响应对平台结构强度的影响;最后本文基于 Miner线性累计损伤理论,采用 SACS的 Fatigue Damage模块对目标平台结构进行了确定性疲劳分析和谱疲劳分析,并就 S-N曲线、短期波浪谱和长期波浪散布图等影响谱疲劳分析结果的因素进行了参数敏感性分析,对三种参数的选择依据以及三者对平台结构疲劳寿命的影响进行了讨论。
  通过对目标自升式钻井平台的动静态分析,本文得出目标平台结构的最大承载力为设计载荷的1.33倍,发生在112.5°和247.5°环境载荷方向,近桩靴区的桩腿撑杆是整个平台结构的易损构件,当发生损坏后其周围相近的弦杆的承载力也发生了明显下降,从而导致整个平台结构的倒塌损坏;本文所研究的自升式钻井平台的疲劳寿命较低的杆件集中在飞溅区且以撑杆为主,其中寿命最小的杆件为撑杆0180-0232,为39年,恰好满足平台25年服役寿命要求。
[硕士论文] 李永强
结构工程 宁波大学 2017(学位年度)
摘要:干湿循环条件是对海工结构耐久性最不利的环境之一,干湿循环条件下混凝土内部湿度和离子传输的机理比单调干燥或者湿润条件下更复杂。研究干湿循环条件下混凝土内部湿度传输规律及其抗氯离子侵蚀性能,对开展海工结构耐久性研究、提高海工结构服役安全性具有重要意义。本文针对以上问题,通过试验研究、有限元模拟,研究海洋浪溅区干湿循环循环条件下混凝土内部的湿度传输规律及其抗氯离子侵蚀性能,主要内容如下:
  (1)研究了混凝土内部湿度变化规律,设计了室内条件下混凝土内部温湿度长期变化规律试验,以及干湿循环条件下混凝土内部湿度变化规律试验。试验结果表明室内条件下混凝土内部湿度变化受水化耗水、环境湿度、矿物掺合料以及水胶比影响,干湿循环条件下混凝土内部湿度变化主要受干湿循环周期、距离表面深度以及水胶比等因素的影响。
  (2)建立室内环境下和干湿循环条件下混凝土内部湿度传输模型,考虑室内环境和干湿循环条件下两种模型的不同边界条件,以室内环境的数值计算结果作为干湿循环模型的初始值。利用 Comsol multiphysics有限元模拟软件求解模型。结果表明,湿度传输模型数值计算结果与实测结果变化规律较为一致,说明本文建立的湿度传输模型可用于分析预测混凝土中的湿度传输规律。
  (3)进行干湿循环、全浸泡侵蚀条件下氯离子的侵蚀试验,研究不同侵蚀条件下氯离子的入侵深度和不同深度处氯离子的浓度。建立氯离子传输模型,并利用 COMSOL有限元软件实现氯离子传输模型的分析求解,研究干湿循环、全浸泡条件下氯离子传输过程。结果表明模型数值计算值与试验实测值的吻合情况较好。
  (4)研究干湿循环-氯盐复合侵蚀条件下水泥基复合材料微结构变化,设计不同层次水泥基复合材料试件,采用 XRD、DTA、FTIR等多种微观测试技术,定性分析了干湿循环-氯离子侵蚀条件水泥基复合材料内部微观结构结构特征。结果表明,氯盐侵蚀下明显生成了 Friedel盐,而掺入矿粉掺合料能增强水泥基复合材料的氯离子结合能力。
[博士论文] 于兰珍
工程力学 宁波大学 2017(学位年度)
摘要:影响海洋环境下有害离子在混凝土结构中非线性扩散的因素主要有三个:第一个是未水化水泥颗粒后期继续水化,混凝土中没有水化的水泥颗粒后期继续与水发生水化反应生成新的产物填充了混凝土孔隙,阻碍了有害离子的扩散;第二个是有害离子与水泥水化产物发生化学反应,有害离子通过扩散由表及里地进入到混凝土结构中,并与混凝土孔隙溶液中的水泥水化产物发生化学反应生成了新的产物,抑制了有害离子的扩散;第三个是有害离子的侵蚀损伤,随着有害离子不断地扩散,新的产物不断地增加,就会对混凝土孔隙壁产生的膨胀力作用,造成微裂缝的产生,更有利于有害离子进一步扩散,最终导致结构服役寿命达不到设计寿命而断裂损坏。本文主要研究了以上这三个因素共同作用下有害离子在混凝土结构中非线性扩散模型的建立,具体内容如下:
  首先,研究了在清水浸泡中混凝土没有水化的水泥颗粒继续与孔隙中的水发生水化反应导致其密度、弹性模量、抗压抗拉强度以及孔结构的演化情况。先通过试验定期测量了混凝土试样后期继续水化的质量、波速、抗压抗拉强度以及孔隙度的值,然后根据继续水化化学反应方程式、化学反应速率方程以及质量守恒定律,得到了质量、弹性模量以及孔隙度演化的理论模型,最后把试验数据与理论模型进行对比,结果表明:理论模型与试验数据非常吻合,理论模型能很好地描述混凝土后期继续水化弹性模量与孔隙度演化特性。
  其次,研究了在不同浓度溶液浸泡中不同配合比混凝土的密度、弹性模量以及孔结构的演化情况。首先通过试验定期测量了混凝土试样浸泡在不同浓度溶液中的质量、波速以及孔隙度的值,然后根据化学反应方程式、化学反应速率方程以及质量守恒定律,建立了氯化钠溶液中混凝土试样质量演化的理论模型,最后对氯化钠溶液中混凝土孔隙度和弹性模量演变进行了理论分析。
  接着,将清水中混凝土继续水化孔隙度的理论模型和侵蚀引起的损伤引入到扩散方程有效扩散系数中,用有限差分法对扩散方程进行数值求解,把扩散方程数值解与试验数据进行对比,结论如下:数值结果与试验结果非常接近,海洋环境下有害离子扩散速度取决于侵蚀损伤的发展速度,而侵蚀损伤的发展速度与侵蚀过程中的化学反应速率有关。
  最后,研究了在清水和不同浓度溶液浸泡中导电混凝土的波速、抗拉强度和电阻率的演化情况。首先通过试验定期测量了清水中导电混凝土的质量、波速、抗拉强度和电阻的值,然后根据实验数据确定了导电相石墨的掺量。接着为了提高导电混凝土的力学性能,通过实验确定了硅粉的掺量。最后实验测量了氯盐和硫酸盐的侵蚀下,导电混凝土的导电性能,结果表明:导电混凝土的导电性能并没有因为有害离子的侵蚀而受到影响。
[硕士论文] 邓彦
建筑与土木工程 湘潭大学 2017(学位年度)
摘要:经过多年实践和论证,我国进行深海采矿的现行技术方案是采用水力式集矿方法,该深海采矿系统主要由采矿船(水面平台)、动力扬矿系统和动力集矿系统(履带式集矿机)三部分组成。其中动力扬矿系统又包括硬管、中间仓和软管,而软管上承中间仓下接集矿机,准确描述软管(柔性管线)对深海采矿系统的精确控制和安全性起至关重要的作用。
  本文(1)用几何非线性空间梁描述深海采矿柔性管线的动力学特征,采用修正的拉格朗日法(U.L列式)、Newmark时间积分和Newton-Raphson迭代法等建立柔性管线动力学行为的有限元计算框架;(2)基于面向对象的编程思想,用C++语言结合深海采矿柔性管线特征设计了一系列类,包括:矩阵类(Matrix),构形类(C Config),单元刚度类(CElement),结构刚度类(CStiff),浮重类(CWtbuoy),行走类(CDsmove);并编制了深海采矿系统柔性管线空间构形与动力学分析软件;基于面向对象的编程思想开发的柔性管线动力学计算软件,提升了代码的可重用性、可扩展性和可读性,为后续更新维护提供了方便。(3)为更好观察柔性管线在三维空间的构形变化,在 MFC单文档程序框架的基础上建立了 OpenGL图形库运行环境,并使用OpenGL代替MFC自带GDI进行绘制,简化了在MFC上的图形输出。(4)最后,利用该软件模拟了软管在重力和浮力共同作用下集矿机进行直线行走、圆形路径行走等特殊工况的动力学行为,最终结果符合预期。
[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] 刘文进
水声工程 哈尔滨工程大学 2017(学位年度)
摘要:本文的主要目的是研究基于声纳图像处理手段的水下管线泄漏检测方法,从而为搭载前视声纳的水下机器人进行管线自动探漏奠定基础。本文的研究内容主要分为三部分:
  MATLAB下的泄漏气体识别算法研究。研究图像预处理、可疑区域提取、目标特征提取以及分类识别过程;选用了均值滤波、阈值分割等预处理方法,基于连通区域标记的可疑区域提取方法,基于不变矩的形状特征提取方法和基于灰度共生矩阵的纹理特征提取方法,基于感知器的分类识别方法。形成了一套识别正确率高且处理速度较快的泄漏气体识别算法。
  嵌入式平台上的算法移植。PC/104主板具有体积小、稳定性强等特点;嵌入式操作系统VxWorks具有高实时性和高可靠性等特点。二者常搭配使用作为水下机器人的控制系统或通用信息处理系统。因此,选择将算法移植至PC/104和VxWorks系统组成的嵌入式系统平台。利用其多任务编程方法,设计了嵌入式管线泄漏检测模块。该模块具有接收声纳数据、生成并处理图像、处理结果上传等功能。
  PC端的显示软件设计。该软件具有以下核心功能:模拟声纳系统将声纳数据发送至嵌入式管线泄漏检测模块,模拟机器人控制系统接受该模块模块返回结果并将之进行显示。除此之外,该软件还具有显示增强、进度控制、目标距离预报、录制参数显示等辅助功能。
  最终形成了由PC/104和PC端显示软件组成的泄漏气体检测系统。该系统的工作流程为:PC端显示软件将声纳数据发送至嵌入式管线泄漏检测模块,该模块将识别声纳数据所对应的图像中是否含有泄漏气体并将识别结果返回,最终由PC端显示软件进行显示。
[硕士论文] 孟永红
机械工程 哈尔滨工程大学 2017(学位年度)
摘要:水下控制模块(SCM)是水下控制系统的核心装置,经过多年的研究,其功能和可靠性在不断地完善和改进,目前国内已经具备了独立设计制造的能力,并实现了浅水的示范应用,现逐渐走向深水领域。但是如何把水下控制模块平稳可靠的安装到水下生产设施上是目前面临的难题。本文在充分调研国内外水下控制模块及其安装技术的基础上,首次对阀板一体式水下控制模块以及安装工具(MRT)相关技术进行研究,提出了SCM与MRT的总体方案,完成了结构设计及力学分析,下放与回收的仿真研究,并进行了SCM实验研究及安装对接分析。
  在明确SCM主要功能及技术要求的基础上,对水下控制模块的浅水和深水安装方法与作业工况进行分析,提出一种适合水下1500m控制要求的阀板一体式水下控制模块,以及与之相配套的安装工具设计方案,初步设计了SCM与MRT液压系统,并完成SCM与MRT的整体涂层防护与阴极防护相结合的防腐蚀设计。
  针对1500m水深的海洋环境,对阀板一体式SCM的壳体、对接盘、锁紧装置以及吊装装置进行设计,基于该SCM的结构特点,对水下控制模块安装工具的升降装置、锁紧装置和缓冲装置等部件进行设计,同时对两种装置的关键部件进行力学分析。
  对海洋吊装不旋转钢丝绳的结构特点以及影响吊装的环境载荷进行分析,确定系统在吊装过程中的水平偏移规律,来指导SCM水下安装定位;针对水下控制模块在一般工况下的作业特点,应用湍流模型对系统的下放与回收绕流场进行模拟,得到设备流体动力学特性,明确影响安装的主要要素,为绞车收放速度的控制提供理论依据;针对设备在水面复杂海况下的作业过程,采用欧拉多相流模型,分析系统出水过程,为设备出水稳定性的控制提供支持。
  通过SCM与分离器的联合实验,验证对接机构设计的合理性、作业的可靠性以及SCM控制与监控性能,同时研究MRT的作业过程,以及MRT与SCM的水下安装导向对接技术。
[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] 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。
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