风暴模型载荷下疲劳裂纹扩展模型研究

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作者 蒋怡然 乐京霞 刘洪瑞 《船舶力学》 北大核心 2025年第8期1261-1270,共10页

风暴模型是一种用于描述船体结构在复杂海洋环境中所承受的随机波浪载荷的简化模型。为了考虑风暴模型载荷顺序及其相互作用的影响,本文基于Newman模型,结合Huang模型及改进后的McEvily模型中考虑载荷相互作用效应的思路,在有效应力强... 风暴模型是一种用于描述船体结构在复杂海洋环境中所承受的随机波浪载荷的简化模型。为了考虑风暴模型载荷顺序及其相互作用的影响,本文基于Newman模型,结合Huang模型及改进后的McEvily模型中考虑载荷相互作用效应的思路,在有效应力强度因子幅中引入超载系数,用以表征过载所导致的迟滞及过载-欠载后的加速现象,提出了一种改进后的Newman模型——NPhi模型。编写裂纹扩展模型程序,使用多级块载及风暴模型试验结果对裂纹扩展模型进行正确性验证并研究了超载系数的影响。根据国际船舶与海洋工程结构大会(ISSC)疲劳与断裂技术委员会的共同研究,通过与试验结果对比,发现NPhi模型相比其他典型裂纹扩展模型具有更好的预报能力,此外,合理的迟滞指数取值对预报结果是十分重要的。 展开更多

关键词 风暴模型 裂纹扩展模型 载荷相互作用效应 超载系数

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潮流、风暴潮耦合模型推算珠江口海域极值流速 被引量：6

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作者 夏华永 詹华平 +2 位作者 朱鹏利 于斌 夏综万 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2005年第2期32-41,共10页

分别采用模式气压场及模式台风场计算气压分布及风速分布,采用地形拟合的sigma坐标水动力方程组及紊流方程建立了潮流、风暴潮耦合模型。三维水动力方程组通过分裂算子法与Casulli半隐式差分格式直接求解。在珠江口的极值流速计算中,先... 分别采用模式气压场及模式台风场计算气压分布及风速分布,采用地形拟合的sigma坐标水动力方程组及紊流方程建立了潮流、风暴潮耦合模型。三维水动力方程组通过分裂算子法与Casulli半隐式差分格式直接求解。在珠江口的极值流速计算中,先进行了南海北部的潮流、风暴潮耦合模拟,模拟水位与实测值符合较好。以大区域模拟结果为边界,采用嵌套网格方法,在珠江口进行了高分辨率的潮流、风暴潮耦合模拟。选用1968～1999年共65个影响工程区域的台风过程,计算出珠江口的海域年极值流速序列,分析了该海域多年一遇的极值流速分布。 展开更多

关键词 潮流、风暴潮耦合模型 多年一遇极值流速 南海北部 珠江口

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中国河口海岸风暴潮及海洋动力三维数值预报模型(CHINACOAST)研究Ⅰ:模型结构与设置 被引量：3

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作者 汤立群 申锦瑜 +2 位作者 刘大滨 季小梅 陈洁 《水利水电技术》 CSCD 北大核心 2009年第12期1-7,共7页

以POM为基础,采用Semi-prognostic方法对POM动量方程的压力项进行修正,以减少模型运行过程中的漂移问题;采用三重双向嵌套技术,在中国的河口及沿海建立了三重嵌套的风暴潮及三维海流、温盐数值预报模型CHINACOAST。对三维内模态基本方... 以POM为基础,采用Semi-prognostic方法对POM动量方程的压力项进行修正,以减少模型运行过程中的漂移问题;采用三重双向嵌套技术,在中国的河口及沿海建立了三重嵌套的风暴潮及三维海流、温盐数值预报模型CHINACOAST。对三维内模态基本方程、初边值条件、模型驱动力,特别是多河流入海的淡水径流和温盐边界设定、模型求解方法以及模型参数设置等作了较为详细的介绍。 展开更多

关键词 中国河口海岸风暴潮及海洋动力三维数值预报模型 风暴潮 海洋动力 数值预报

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基于ADCIRC模式的粤港澳大湾区风暴潮精细化预报模型研究 被引量：2

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作者 隆敏 周舜轩 +2 位作者 韦露斯 刘斌 张行南 《水电能源科学》 北大核心 2022年第10期91-94,共4页

针对粤港澳大湾区风暴潮灾害的严重性及其重要的战略地位,采用ADCIRC水动力模型构建风暴潮精细化预报模型,选取3场典型台风风暴潮进行模拟预报,并用相关站点实测潮位数据验证了模型精度满足大湾区风暴潮预报要求。同时选取了1983~2018年... 针对粤港澳大湾区风暴潮灾害的严重性及其重要的战略地位,采用ADCIRC水动力模型构建风暴潮精细化预报模型,选取3场典型台风风暴潮进行模拟预报,并用相关站点实测潮位数据验证了模型精度满足大湾区风暴潮预报要求。同时选取了1983~2018年间16场影响较大台风风暴潮进行模拟,发现模型预报精度影响因素主要有台风强度、台风路径、模型网格精度、近岸地形、海浪,进而提出了提高模型预报精度的措施,即增大模型的计算区域,及时调整因为时间推移而变化的边界条件;对西四口门及其附近区域网格进一步加密;进一步建立天文潮-风暴潮-海浪耦合模型。 展开更多

关键词 风暴潮预报模型 精细化 ADCIRC水动力模型 粤港澳大湾区

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台风风暴潮与上游洪水耦合作用下温州飞云江感潮河段潮水位模拟研究 被引量：1

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作者 魏国振 任明磊 +3 位作者 孙琳 夏志昌 陈智洋 尤再进 《热带地理》 CSCD 北大核心 2024年第6期1016-1024,共9页

在全球气候急剧变化的背景下,沿海地区风暴潮发生的频率与受灾程度逐渐增加,特别是受风暴潮与上游流域洪水共同影响下的河口感潮河段区域。尽管现有风暴潮模型也引入多种不同的边界设置,但提供的边界条件有限,且无法满足当前国内复杂水... 在全球气候急剧变化的背景下,沿海地区风暴潮发生的频率与受灾程度逐渐增加,特别是受风暴潮与上游流域洪水共同影响下的河口感潮河段区域。尽管现有风暴潮模型也引入多种不同的边界设置,但提供的边界条件有限,且无法满足当前国内复杂水工程的概化需求。为此,文章以飞云江流域为研究对象,通过耦合上游流域水动力模型IFMS与海洋风暴潮模型ADCIRC模式,充分发挥二者各自的优势,构建河口感潮河段洪水演进模型,实现飞云江感潮河段潮水位时空模拟。该模型不仅有效地考虑了河口海洋处风暴潮上溯对感潮河段区域洪水演进的影响,也考虑了流域上游洪水对该区域的影响。首先,采用2016年台风“鲇鱼”对模型进行验证,模拟结果与实测系列吻合度较高,误差满足基本要求。然后,对台风“杜苏芮”和“卡奴”影响下的瑞安、马屿、碧山六桥及洞头4个潮位站的洪水过程进行模拟,结果显示4个站点的洪峰误差值均低于0.30m,纳什系数大于0.80,表明该模型能较好地反映高低潮位变化,可应用于河口感潮河段防灾减灾中。最后,还分析了上、下游边界的驱动作用对感潮河段3个站点(瑞安、马屿、碧山六桥)潮水位预测的影响,证明了下边界对3个站点的潮水位预报影响比上边界的影响大。研究成果不仅为河口感潮河段洪水模拟提供了一种新方法,而且通过分析给出提升模型模拟精度的方向。 展开更多

关键词 感潮河段 水动力模型 风暴潮模型 上游洪水 潮水位模拟

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1409号“威马逊”台风对铁山港海域的风暴潮增水研究 被引量：13

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作者 杨万康 杨青莹 +3 位作者 尹宝树 伊小飞 张峰 宋泽坤 《海洋预报》 2016年第1期80-85,共6页

1409号"威马逊"台风是1949年以来登陆我国华南地区的最强台风。本文首先以铁山港海域的潮位站和气象站实测资料为基础,对铁山港海域的风暴增水特征进行了初步分析,结果表明:铁山港湾内最大风暴增水值要大于湾口处,通过对历史... 1409号"威马逊"台风是1949年以来登陆我国华南地区的最强台风。本文首先以铁山港海域的潮位站和气象站实测资料为基础,对铁山港海域的风暴增水特征进行了初步分析,结果表明:铁山港湾内最大风暴增水值要大于湾口处,通过对历史增水值进行重现期推算可知1409号台风造成的最大增水强度达到了200年一遇。台风登陆期间铁山港海域发生先减水后增水的现象,是因为铁山港海域的风向发生了转变,先是吹离岸风,后改为向岸风。然后基于MIKE21和Holland台风风场建立二维风暴潮数学模型分析了1409号台风的最大增水空间分布规律,模型结果显示地形与风暴潮增水的关系十分密切,铁山港内部湾顶位置处最大风暴增水超过了3.2 m,比铁山港口门处增加了1.2 m,因此需要格外重视铁山港湾顶处的风暴潮防灾减灾工作。 展开更多

关键词 台风路径 风暴增水 重现期 风暴潮模型

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北部湾三维风暴潮模拟 被引量：5

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作者 夏华永 李树华 +1 位作者 李武全 古万才 《广西科学》 CAS 1999年第1期28-34,共7页

模型以经Ｓｉｇｍａ坐标变换后具有自由表面的三维非线性Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程为基本方程，采用紊流封闭模型求解垂直方向紊动粘滞系数，建立了一个北部湾的三维风暴潮模型。应用该模型对典型的８００７号及８４１０号风暴潮... 模型以经Ｓｉｇｍａ坐标变换后具有自由表面的三维非线性Ｎａｖｉｅｒ－Ｓｔｏｋｅｓ方程为基本方程，采用紊流封闭模型求解垂直方向紊动粘滞系数，建立了一个北部湾的三维风暴潮模型。应用该模型对典型的８００７号及８４１０号风暴潮进行了模拟，风暴潮位的验证较好，并获得了风暴潮流的空间结构特征，揭示了台风引起的北部湾沿岸海水交换。 展开更多

关键词 风暴潮模型 紊流模型 数学模拟 海洋 北部湾

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珠江口风暴潮数值模拟系统的设计与实现 被引量：6

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作者 叶荣辉 宋志尧 +3 位作者 沈正 孔俊 张卓 金光球 《河海大学学报（自然科学版）》 CAS CSCD 北大核心 2013年第3期260-264,共5页

运用混合编程技术,结合Fortran语言较强的数值计算能力及GIS在可视化方面的优势,设计并建立了珠江口风暴潮数值模拟系统。系统封装集成了基于ELCIRC模型开发的珠江口风暴潮数学模型,提供了可视化界面便于模型参数的调试,并具有边界条件... 运用混合编程技术,结合Fortran语言较强的数值计算能力及GIS在可视化方面的优势,设计并建立了珠江口风暴潮数值模拟系统。系统封装集成了基于ELCIRC模型开发的珠江口风暴潮数学模型,提供了可视化界面便于模型参数的调试,并具有边界条件的自动生成功能,实现了台风路径动态显示、潮位过程线绘制、流场可视化等操作,方便了对计算结果的后处理。应用实例表明,该系统界面友好、性能稳定、模拟精度较高。 展开更多

关键词 风暴潮数学模型 GIS 混合编程 流场可视化 珠江三角洲

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铁山湾内天文潮对风暴潮水位的影响研究 被引量：2

9

作者 杨万康 冯兴如 +1 位作者 尹宝树 杨青莹 《海洋与湖沼》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期882-890,共9页

作为半封闭狭长海湾,铁山湾受风暴潮灾害的影响较为严重。根据多年观测资料和数值模型对铁山湾内的风暴潮水位特征进行了研究。观测资料表明海湾内风暴潮峰值水位受天文潮相位影响较为显著,然后基于ADCIRC风暴潮模型和1409号“威马逊”... 作为半封闭狭长海湾,铁山湾受风暴潮灾害的影响较为严重。根据多年观测资料和数值模型对铁山湾内的风暴潮水位特征进行了研究。观测资料表明海湾内风暴潮峰值水位受天文潮相位影响较为显著,然后基于ADCIRC风暴潮模型和1409号“威马逊”台风参数,定量评估了天文潮对风暴潮水位的影响。模拟结果表明当考虑天文潮作用时,会显著提高模拟结果精度,然后通过数值实验研究了风暴潮与不同相位天文潮相互作用时的水位变化特征。数值实验结果表明天文潮-风暴潮相互作用引起的非线性水位在涨潮阶段不明显,在高潮位时非线性水位达到负值最大;在落潮时达到正值最大。风暴潮增水峰值由于受到这种非线性效应的影响,在高潮位时数值最小。海湾内非线性作用要远大于外部,非线性效应越强,总水位峰值相对于天文潮高潮位的延迟时间也就越长。 展开更多

关键词 风暴潮模型 “威马逊”台风 天文潮相位 非线性水位

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风暴潮漫堤风险分析——以茅洲河为例 被引量：2

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作者 侯堋 王其松 彭石 《广西科学》 CAS 北大核心 2021年第1期37-45,共9页

重现期风暴潮灾害评估及最大可能风暴潮预测,对风暴潮灾害防灾减灾具有重要意义。本研究在分析实测资料基础上,构建南海潮汐风暴潮耦合模型,对历史上对茅洲河影响较大的风暴潮灾害进行计算分析,在验证准确的基础上对近20 a的106场风暴... 重现期风暴潮灾害评估及最大可能风暴潮预测,对风暴潮灾害防灾减灾具有重要意义。本研究在分析实测资料基础上,构建南海潮汐风暴潮耦合模型,对历史上对茅洲河影响较大的风暴潮灾害进行计算分析,在验证准确的基础上对近20 a的106场风暴潮进行计算,得到每年的最大潮位值,采用极值Ⅰ型进行统计分析,得到不同设计频率风暴潮条件下的茅洲河水位,分析其漫堤风险。同时通过设计8个台风行进方向及5个登陆点进行风暴潮增水数值模拟实验,确定最大可能风暴潮移动参数及路径,分析最大可能风暴潮对茅洲河的漫堤风险影响。计算结果可为茅洲河综合治理提供重要技术支撑,同时也为应急管理和海洋、水利防灾减灾部门应急减灾提供决策参考。 展开更多

关键词 重现期风暴潮 最大可能风暴潮 漫堤风险 茅洲河 防灾减灾 南海潮汐风暴潮耦合模型

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洋山港海域一次冷锋型温带风暴潮特征及各影响因子贡献的对比分析 被引量：1

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作者 徐杰 过霁冰 +3 位作者 陈智强 朱智慧 王琴 唐燕玲 《热带海洋学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第4期126-135,共10页

本文研究了由2020年12月29日至31日强冷锋引起的影响洋山港海域的温带风暴潮过程。通过气象观测数据分析了其天气过程,并利用FVCOM-SWAVE波浪-风暴潮耦合模式对该过程进行了高分辨率的数值模拟,同时结合潮位站及浮标站观测数据对模拟结... 本文研究了由2020年12月29日至31日强冷锋引起的影响洋山港海域的温带风暴潮过程。通过气象观测数据分析了其天气过程,并利用FVCOM-SWAVE波浪-风暴潮耦合模式对该过程进行了高分辨率的数值模拟,同时结合潮位站及浮标站观测数据对模拟结果进行了验证,分析模拟了波浪、潮流、风暴增减水特征。结果发现,该次冷锋型温带风暴潮过程主要表现为先短时风暴增水后出现长时间风暴减水的特征,最大风暴减水可达65~70cm,其主要诱因包括研究海域气压的快速升高并维持、长时间持续的偏北大风及波流相互作用。相关敏感试验研究了3种因子对风暴增减水位的贡献大小,发现风暴增水峰值期间风场贡献占比约为90%,海平面气压场约为5%;风暴减水峰值期间,海平面气压场的贡献度约占55%,风场约占40%,而波浪的贡献均不足10%。洋山港航道内风暴期间潮流流速最大可达到2.6~2.8m×s–1,落潮时为东南向离岸潮流,涨潮时为西至西北方向的外海潮波传入潮流;洋山港航道潮流始终是东南或西北向,此处流速辐合,是洋山海域流速最高的区域。 展开更多

关键词 FVCOM-SWAVE波浪-风暴潮耦合模型 温带风暴潮 洋山港海域

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一种复杂载荷作用下船舶结构疲劳裂纹扩展预报方法 被引量：2

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作者 张鼎 黄小平 崔维成 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2015年第5期541-552,共12页

风暴模型是Tomita等提出的用来评估船舶结构疲劳强度的一种随机波浪载荷简化模型,它能表达波浪载荷是与时间相关的随机过程。文中介绍了风暴模型及波浪诱导应力短期分布的基本特征。将风暴模型和裂纹扩展率单一曲线模型及焊趾表面裂纹... 风暴模型是Tomita等提出的用来评估船舶结构疲劳强度的一种随机波浪载荷简化模型,它能表达波浪载荷是与时间相关的随机过程。文中介绍了风暴模型及波浪诱导应力短期分布的基本特征。将风暴模型和裂纹扩展率单一曲线模型及焊趾表面裂纹应力强度因子的计算方法结合起来,探讨了复杂载荷作用下船舶结构疲劳裂纹扩展预报方法。并用权函数法计算了给定残余应力分布的表面裂纹应力强度因子。预报了对接焊接接头焊趾处表面裂纹在风暴波浪载荷作用下的疲劳裂纹扩展行为,结果表明风暴的大小、顺序,初始裂纹尺寸及残余应力对裂纹扩展行为影响明显。合理的风暴模型参数及初始裂纹尺寸的确定对船舶结构的疲劳寿命预报是非常重要的。 展开更多

关键词 风暴模型 波浪诱导应力 单一曲线模型 焊接残余应力 表面裂纹 疲劳裂纹扩展预报

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随机载荷下船海结构疲劳裂纹扩展寿命数值计算方法研究 被引量：3

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作者 张永矿 黄小平 余宏淦 《船舶力学》 EI CSCD 北大核心 2020年第7期942-950,共9页

采用有限元方法计算裂纹应力强度因子来预报船海结构的疲劳裂纹扩展是一种普遍认可的方法。由于需要根据裂纹尺寸不断更新有限元模型进行大量的计算,相当耗时,在某种程度上阻碍了该方法的广泛应用。本文针对变幅随机载荷,结合单一曲线... 采用有限元方法计算裂纹应力强度因子来预报船海结构的疲劳裂纹扩展是一种普遍认可的方法。由于需要根据裂纹尺寸不断更新有限元模型进行大量的计算,相当耗时,在某种程度上阻碍了该方法的广泛应用。本文针对变幅随机载荷,结合单一曲线模型提出了Cycle-by-Cycle(CBC)和数值计算方法(欧拉法、改进欧拉法、3阶龙格库塔法)相结合的计算格式。并分别应用在表面裂纹的疲劳裂纹扩展计算中,通过和常规CBC计算结果对比发现:随着步数增加,三种数值计算方法都可以达到较高精度;相比欧拉法,高阶计算方法的步长可以取得更大,而计算精度还可以更高。将该方法应用在一些需要有限元程序计算应力强度因子的复杂结构疲劳裂纹扩展中,可以有效减少裂纹更新次数,进而减少计算时间,提高计算效率。 展开更多

关键词 裂纹扩展 高阶数值积分 快速计算 随机载荷 风暴模型

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