深海采矿系统中悬臂式立管涡激振动分析 被引量：11

1

作者 金国庆 邹丽 +2 位作者 宗智 孙哲 王浩 《力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第6期1741-1754,I0005,共15页

不同于传统的海洋立管,深海采矿系统中的垂直提升管道可以被视为一个底部无约束的柔性悬臂式立管,工作过程中同样面临涡激振动和柔性变形问题.本文采用一种无网格离散涡方法和有限元耦合的准三维时域求解数值模型,系统性地研究了不同流... 不同于传统的海洋立管,深海采矿系统中的垂直提升管道可以被视为一个底部无约束的柔性悬臂式立管,工作过程中同样面临涡激振动和柔性变形问题.本文采用一种无网格离散涡方法和有限元耦合的准三维时域求解数值模型,系统性地研究了不同流速下悬臂式立管的涡激振动问题.结果表明:悬臂式立管的横向振动模态阶数随折合速度增加而增大,在一定折合速度范围内主导振动模态保持不变;当主导模态转变时,对应的横向振幅会发生突降,但是当新的高阶模态被激发后,立管振幅随来流速度增加而再次逐渐增大;在相同的振动模态下,立管底部位移均方根值随折合速度线性增加,主导振动频率在模态转变时会出现跳跃现象;特别地,本文讨论了三阶主导模态下悬臂式立管的振动响应,无约束的立管底部呈现出较大的振动能量,且振幅的驻波特征随折合速度增加而逐渐增强;本文比较了两端铰支立管与悬臂式立管的涡激振动响应特征,两者在振幅和主导振动频率两方面均表现出了相同的变化趋势. 展开更多

关键词 悬臂式立管 涡激振动 均匀流 折合速度 离散涡 有限元

在线阅读 下载PDF 职称材料

岛礁地形畸形波演化过程的试验及小波谱分析 被引量：7

2

作者 邹丽 王爱民 +2 位作者 宗智 裴玉国 赵勇 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第3期344-350,共7页

为研究某岛礁周边波浪演化过程及其特征,本文选取西太平洋的一个典型岛焦地形为研究对象,在试验水池中建立了礁地形三维模型(1∶100)。造波机输入谱为Goda改进的JONSWANP谱,谱峰升高因子γ取2.0,对不同有效波高和有效周期的定向随机波... 为研究某岛礁周边波浪演化过程及其特征,本文选取西太平洋的一个典型岛焦地形为研究对象,在试验水池中建立了礁地形三维模型(1∶100)。造波机输入谱为Goda改进的JONSWANP谱,谱峰升高因子γ取2.0,对不同有效波高和有效周期的定向随机波工况进行了试验。在岛礁周围布置多个浪高仪测定波浪的时间序列,并基于小波变换分析波面序列的小波谱特征。通过分析试验中的波浪演化过程,发现多个工况在地形突变处存在畸形波。通过分析小波能谱发现在畸形波近后方出现波群时,该波群会获得畸形波的能量,导致该波群的波能增大,并生成二次畸形波。试验发现地形突变会增大畸形波发生的概率。畸形波的形成与波浪的群性有关,且单次畸形波与二次畸形波演变特点存在差异。 展开更多

关键词 畸形波 岛礁地形 波浪演化 小波变换 随机波 三维模型

在线阅读 下载PDF 职称材料

两端铰接的细长柔性圆柱体涡激振动响应特性数值研究 被引量：11

3

作者 高云 邹丽 宗智 《力学学报》 EI CSCD 北大核心 2018年第1期9-20,共12页

目前细长柔性圆柱体涡激振动响应的研究方法主要包括实验方法、计算流体动力学方法以及半经验模型方法.鉴于实验方法研究成本较高、计算流体动力学方法计算时间较长,本文基于尾流振子模型对线性剪切来流下两端铰接的细长柔性圆柱体涡激... 目前细长柔性圆柱体涡激振动响应的研究方法主要包括实验方法、计算流体动力学方法以及半经验模型方法.鉴于实验方法研究成本较高、计算流体动力学方法计算时间较长,本文基于尾流振子模型对线性剪切来流下两端铰接的细长柔性圆柱体涡激振动响应特性进行了半经验模型方法研究.先建立了柔性圆柱体结构振子以及尾流振子之间的耦合模型,紧接着基于二阶精度中心差分格式对耦合模型先离散后迭代进行求解.对不同剪切参数下柔性圆柱体涡激振动响应的振动波长、振动频率、振动位移以及响应频率随时间的变化特性等参数进行了分析.分析结果表明:圆柱体的涡激振动响应由驻波和行波混合组成.当无量纲弯曲刚度较小时,在圆柱体两端附近,驻波占主导;而在圆柱体中间段附近,行波占主导.当无量纲弯曲刚度较大时,在圆柱体整个长度区间上均为驻波占主导.随着剪切参数的增大,振动位移以及振动波长均逐渐减小,而振动频率和频率带宽均逐渐增大. 展开更多

关键词 柔性圆柱体 涡激振动 线性剪切来流 尾流振子模型

在线阅读 下载PDF 职称材料

楔形物体在静水与波浪中自由入水砰击试验研究 被引量：9

4

作者 邹丽 李振浩 +2 位作者 孙铁志 马伟佳 裴玉国 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2019年第1期1-11,共11页

通过自由落体的入水方式,分别在静水和规则波中开展了两种不同横剖面的曲面楔形体入水砰击问题试验研究。使用高速摄像系统记录楔形体入水过程流场演变和运动特性,采用加速度传感器和压力传感器进行数据的动态采集。试验结果表明,在静... 通过自由落体的入水方式,分别在静水和规则波中开展了两种不同横剖面的曲面楔形体入水砰击问题试验研究。使用高速摄像系统记录楔形体入水过程流场演变和运动特性,采用加速度传感器和压力传感器进行数据的动态采集。试验结果表明,在静水中入水时,外凸剖面楔形体入水砰击后模型两侧的射流飞溅比反曲剖面更剧烈,而在楔形体前端的水面以下部分形成的气腔更小;在规则波中入水时,对于相同模型,在波峰和上跨零点相位下模型入水砰击后两侧的射流飞溅比在波谷相位更剧烈。相同工况时,反曲剖面模型所受砰击的加速度峰值和压力峰值更小;在相同的入水速度下,对于相同模型,波浪载荷和砰击载荷的共同作用会使模型所受砰击压力显著增大。 展开更多

关键词 规则波 曲面楔形体 波浪入水 砰击 外凸剖面 反曲剖面 流固耦合

在线阅读 下载PDF 职称材料

理论风浪谱修正方法及数值验证 被引量：1

5

作者 邹丽 张九鸣 +2 位作者 裴玉国 于宗冰 宗智 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第9期1438-1443,共6页

为了研究特定海域范围内海浪的内部能量相对于频率的分布规律,本文以目标岛屿处"波浪骑士"式浮标提供的实际观测资料为依据,提出了一种基于实测资料的风浪数据筛选和理论风浪谱修正方法。通过讨论实测频谱与理论频谱的谱峰位... 为了研究特定海域范围内海浪的内部能量相对于频率的分布规律,本文以目标岛屿处"波浪骑士"式浮标提供的实际观测资料为依据,提出了一种基于实测资料的风浪数据筛选和理论风浪谱修正方法。通过讨论实测频谱与理论频谱的谱峰位置关系筛选出研究针对的风浪数据点,将实测风浪频谱与理论频谱进行对比分析,进而提出理论风浪谱的修正方法,并以增加参数的JONSWAP谱为靶谱对实测风浪数据进行拟合,得到了可以表达目标岛屿处风浪内部能量的理论谱形式,并进行了对比验证。研究结果表明:所提出的理论风浪谱修正方法,能够有效地筛选出实测数据集中的风浪数据,并完成对特定海域处风浪频谱的描述表达。 展开更多

关键词 实测海浪资料 海浪频谱 谱峰频率 风浪筛选 JONSWAP谱 峰高因子 二元拟合 WAVEWATCH-III模型 数值验证

在线阅读 下载PDF 职称材料

分层流体孤立子模型的实验重现及流场分析 被引量：5

6

作者 邹丽 马鑫宇 +2 位作者 李振浩 孙铁志 于宗冰 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期263-270,共8页

针对内孤立波的波形特征描述,可以采用孤立子模型作为其数学表达。为重现及深入研究孤立子模型,采用不相溶的两层流体,建立小型水槽进行内孤立波生成演化试验,并结合PIV测量技术,实现对其流动特征的捕捉和分析。结果表明:实验工况中速... 针对内孤立波的波形特征描述,可以采用孤立子模型作为其数学表达。为重现及深入研究孤立子模型,采用不相溶的两层流体,建立小型水槽进行内孤立波生成演化试验,并结合PIV测量技术,实现对其流动特征的捕捉和分析。结果表明:实验工况中速度场呈现顺时针的涡旋形式,上层流体质点运动速度大于下层流体质点运动速度,波谷附近涡量最大。本实验生成的内波与MCC方程的孤立子行波解吻合良好,满足孤立波条件,可为理论内孤立波的伴生流场提供实验依据及特征补充。 展开更多

关键词 内波水槽 分层流体 孤立子 内孤立波 PIV技术 MCC方程 速度场 涡量场

在线阅读 下载PDF 职称材料

水下射流挖沟机喷冲臂的设计与优化 被引量：3

7

作者 邹丽 金国庆 +2 位作者 孙哲 徐伟桐 于游 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2020年第2期271-276,共6页

为了防止海底管缆受到人为和自然环境损害,目前广泛采用射流挖沟机对管缆进行海底开沟埋设。针对射流挖沟机喷冲臂的形状设计和优化的问题,本文探讨了不同设计方案对喷嘴流速的影响。在相同入口压力条件下,考虑管道沿程损失和不同深度... 为了防止海底管缆受到人为和自然环境损害,目前广泛采用射流挖沟机对管缆进行海底开沟埋设。针对射流挖沟机喷冲臂的形状设计和优化的问题,本文探讨了不同设计方案对喷嘴流速的影响。在相同入口压力条件下,考虑管道沿程损失和不同深度的喷嘴出口处的静压,采用理论分析和计算流体力学数值模拟相结合的方法进行喷冲臂形状设计。建立了一个有效的喷冲臂内部流动问题的数值模型,基于该模型计算了自主设计的3种喷冲臂内部流动并得到了最优喷冲臂设计方案。研究结果为今后射流挖沟机的研发提供了参考。 展开更多

关键词 海底管缆 射流挖沟机 海底开沟 喷冲臂 喷嘴 计算流体力学 内部流动

在线阅读 下载PDF 职称材料

数值波浪水槽中完全非线性浅水波仿真特性研究 被引量：1

8

作者 孙雷 蒋月 +1 位作者 姜胜超 刘昌凤 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2019年第5期37-47,共11页

应用基于势流理论的时域高阶边界元方法,建立一个完全非线性的三维数值波浪水槽,通过实时模拟推板造波运动的方式产生波浪。通过混合欧拉拉格朗日方法和四阶Runge-Kutta方法更新自由水面和造波板的瞬时位置。利用所建模型分别模拟了有... 应用基于势流理论的时域高阶边界元方法,建立一个完全非线性的三维数值波浪水槽,通过实时模拟推板造波运动的方式产生波浪。通过混合欧拉拉格朗日方法和四阶Runge-Kutta方法更新自由水面和造波板的瞬时位置。利用所建模型分别模拟了有限水深波和浅水波,与试验结果、相关文献结果和浅水理论结果吻合较好,且波浪能够稳定传播。系统地讨论造波板的运动圆频率、振幅和水深等对波浪传播和波浪特性的影响,并对波浪的非线性特性进行分析,研究发现造波板运动频率、运动振幅以及水深均将对波浪形态和波浪非线性产生显著影响。结果为真实水槽造波机的运动控制以及波浪生成试验提供了依据,便于实验室设置更合理的参数来准确模拟不同条件下的波浪。 展开更多

关键词 造波板运动 数值波浪水槽 完全非线性 浅水波

在线阅读 下载PDF 职称材料

喷射式挖沟机的喷嘴参数设计及数值模拟 被引量：1

9

作者 邹丽 徐伟桐 +2 位作者 孙哲 于游 金国庆 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第11期1816-1822,共7页

喷射式挖沟机的喷射臂上布置垂向喷嘴和斜向喷嘴以实现设计冲刷沟形。本文针对喷嘴参数设计中未考虑喷嘴半径与喷嘴倾斜角度之间关系的问题,提出了一种设计方法使垂向喷嘴和斜向喷嘴射流在土层表面冲击压强相等。根据已有的理论公式推... 喷射式挖沟机的喷射臂上布置垂向喷嘴和斜向喷嘴以实现设计冲刷沟形。本文针对喷嘴参数设计中未考虑喷嘴半径与喷嘴倾斜角度之间关系的问题,提出了一种设计方法使垂向喷嘴和斜向喷嘴射流在土层表面冲击压强相等。根据已有的理论公式推导斜向喷嘴半径大小与其倾斜角度的关系,采用CFD软件对不同半径和倾角的喷嘴进行数值模拟,计算结果显示冲刷剖面沟深符合理论预期,证明了这2种喷嘴射流的冲击压强一致。同时本文分析了斜向喷嘴倾斜角度对冲刷沟形剖面的影响,倾斜角度越小,冲刷沟底部越为平坦;倾斜角度越大,沟底中间堆积泥沙越多。为以后的喷嘴半径参数的设计和斜向喷嘴倾斜角度的优化提供了可靠方案。 展开更多

关键词 喷射式挖沟机 斜向喷嘴 参数设计 数值模拟 冲刷沟形 冲刷剖面

在线阅读 下载PDF 职称材料

内波环境下水下滑翔机流场与载荷特性分析

10

作者 邹丽 赵涛 +2 位作者 马鑫宇 孙铁志 王振 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2023年第9期1519-1526,共8页

为保障水下滑翔机的作业安全,本文采用k-Epsilon湍流模型,结合自定义场函数建立了密度分层流体中水下滑翔机的流场与载荷特性分析的CFD模型。结果表明:水下滑翔机在工作时不能忽略内波的影响。当滑翔机经过内孤立波时,滑翔机所处的流场... 为保障水下滑翔机的作业安全,本文采用k-Epsilon湍流模型,结合自定义场函数建立了密度分层流体中水下滑翔机的流场与载荷特性分析的CFD模型。结果表明:水下滑翔机在工作时不能忽略内波的影响。当滑翔机经过内孤立波时,滑翔机所处的流场流速会增大,涡量也会明显增大;当滑翔机接近交界面时,滑翔机受到的升力和俯仰力矩变化趋势增大,远离交界面时,阻力会逐渐增大;当滑翔机的俯仰角增大时,其受到的阻力幅值会减小,升力幅值变化较小,俯仰力矩的幅值增大。本文揭示了内波环境下水下滑翔机的流场与载荷特性,对经典式水下滑翔机的设计以及作业时遭遇内孤立波的水动力响应预测具有重要的理论和工程意义。 展开更多

关键词 内孤立波 水下滑翔机 数值模拟 载荷特性 速度场 涡量场 潜深 俯仰角

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于势流理论的内孤立波追赶数值模拟 被引量：3

11

作者 李永刚 邹丽 +2 位作者 胡英杰 张九鸣 裴玉国 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第8期1073-1083,共11页

针对内孤立波相互作用中的追赶问题,本文在2层流体系统中,采用多域边界元法和KdV方程Fourier谱方法离散求解分别对其进行了数值模拟,分析了2种方法下不同初始波幅比内孤立波追赶过程波形演化特征。在多域边界元法中,通过考虑自由表面效... 针对内孤立波相互作用中的追赶问题,本文在2层流体系统中,采用多域边界元法和KdV方程Fourier谱方法离散求解分别对其进行了数值模拟,分析了2种方法下不同初始波幅比内孤立波追赶过程波形演化特征。在多域边界元法中,通过考虑自由表面效应,揭示了内孤立波追赶时自由表面波的表现形态。研究发现:依据2内孤立波是否融合成一个类孤立波波形以及是否发生相互作用等演化特征,根据初始波幅之比内孤立波追赶可以分为3类,其分类标准与表面孤立波追赶波形演化分类一致;2种方法所得幅值变化曲线存在诸多差异,但作用中心波幅最小值均位于2内孤立波波形是否发生相互作用分界点附近;内孤立波追赶过程中所诱导的自由表面波与内孤立波的波形演化过程在形态和时间上几乎保持一致。 展开更多

关键词 多域边界元法 FOURIER谱方法 内孤立波 相互作用 追赶 波形演化 分类 自由表面波

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于四叉树自适应网格二维晃荡的数值模拟 被引量：2

12

作者 赵勇 李靖 +1 位作者 邹丽 赵延杰 《哈尔滨工程大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第2期266-272,共7页

为提高液仓晃荡数值模拟精度和效率,本文结合VOF和树形自适应网格,直接离散不可压粘性流体的NS方程,对于纵摇和水平外激励所引起的二维液体强迫晃荡进行数值模拟。将计算得到的几种工况下的自由表面升高,力和力矩同解析解、实验值进行... 为提高液仓晃荡数值模拟精度和效率,本文结合VOF和树形自适应网格,直接离散不可压粘性流体的NS方程,对于纵摇和水平外激励所引起的二维液体强迫晃荡进行数值模拟。将计算得到的几种工况下的自由表面升高,力和力矩同解析解、实验值进行了对比,验证了该数值方法对于此问题的有效性。通过网格自适应加密,不仅提高了计算效率,而且比势流解更为精确。 展开更多

关键词 晃荡 自适应网格 四叉树结构 VOF模型 数值模拟 N-S方程

在线阅读 下载PDF 职称材料

两型半潜式平台波浪作用下载荷敏感性研究 被引量：1

13

作者 童波 邹丽 +3 位作者 李永刚 张九鸣 赵建 孙铁志 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2020年第3期31-41,共11页

为探究半潜式平台在波浪作用下的载荷敏感特性,根据频域计算得到的水动力衍射/辐射结果,将动水压力作为输入项,利用ANSYS软件进行两型半潜式平台对波浪载荷的敏感性分析。以此对比两型平台响应特性,确定危险工况,并为平台整体结构设计... 为探究半潜式平台在波浪作用下的载荷敏感特性,根据频域计算得到的水动力衍射/辐射结果,将动水压力作为输入项,利用ANSYS软件进行两型半潜式平台对波浪载荷的敏感性分析。以此对比两型平台响应特性,确定危险工况,并为平台整体结构设计提供参考。其中A型平台为柱稳式半潜平台,B型平台以A型平台为母型进行了水动力性能优化,以适用于北海海域作业环境。研究发现:两型平台的应变均在弹性形变范围内;两型平台会在相似位置处出现较大的等效弹性应力和应变分布,但相比于母型平台A,B型平台在立柱与浮体连接处也存在明显的高应力区;各波浪入射角度下,两型平台的入射波浪最危险周期不同,且存在B型平台响应大于A型平台响应的工况,因此基于水动力性能改进的B型平台,结构上可能存在不足。 展开更多

关键词 半潜式平台 波浪载荷 敏感性 北海海域 弹性应变

在线阅读 下载PDF 职称材料

基于小波神经网络的畸形波预报

14

作者 赵勇 杨秋爽 +2 位作者 苏丹 邹丽 王爱民 《哈尔滨工业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2021年第6期112-117,共6页

为对畸形波这类突发性事件进行较为准确的预报,避免畸形波对海上建筑物和人员安全产生的巨大危害.采用紧致型小波神经网络模型,根据某岛礁地形实测数据建立的岛礁三维模型中测得的波高试验数据,选取试验数据中3种典型波高时间序列分别... 为对畸形波这类突发性事件进行较为准确的预报,避免畸形波对海上建筑物和人员安全产生的巨大危害.采用紧致型小波神经网络模型,根据某岛礁地形实测数据建立的岛礁三维模型中测得的波高试验数据,选取试验数据中3种典型波高时间序列分别实现了包含畸形波的波浪数据对常规波浪的预报、包含近似畸形波的波浪数据对畸形波的预报以及常规波浪对包含畸形波的波浪数据的预报.为验证小波神经网络模型精度,同时采用常规神经网络BP模型在相同条件下对3种典型波高时间序列进行预报,最后将两种神经网络预报结果精度进行对比.研究结果表明:小波神经网络能较好的捕捉畸形波突发事件,对于3种工况中的波面整体预报精度以及畸形波处的预报精度,小波神经网络预报模型均高于BP神经网络预报模型,预报的波高曲线也与实际波高曲线拟合效果更好.在神经网络训练样本中若存在畸形波特征,也将进一步提高对未来畸形波的预报精度.该项研究对船舶或海洋工程的畸形波风险预警具有一定的应用价值. 展开更多

关键词 畸形波 小波神经网络 BP神经网络 时间序列 预报

在线阅读 下载PDF 职称材料

欧洲北海海域波高区间分布概率研究

15

作者 童波 张九鸣 +2 位作者 邹丽 赵建 孙铁志 《海洋工程》 CSCD 北大核心 2019年第3期51-60,共10页

为了研究欧洲北海海域的波高全区域概率分布情况,从而为海洋平台等海洋浮式结构物的选址和结构设计提供依据。首先基于Global Waves Statistics(GWS)提供的实测数据,确定典型计算工况的发生概率;同时考虑实测数据中极端波浪环境下的数... 为了研究欧洲北海海域的波高全区域概率分布情况,从而为海洋平台等海洋浮式结构物的选址和结构设计提供依据。首先基于Global Waves Statistics(GWS)提供的实测数据,确定典型计算工况的发生概率;同时考虑实测数据中极端波浪环境下的数据缺失导致大波高分布概率偏小的问题,利用三参数Weibull分布确定不同重现期下的极值风速,作为典型计算工况的补充。以不同风速、风向的定常风场为输入项,利用第三代海浪数值模型SWAN模型,对北海全区域波高进行数值模拟。将数值模拟的稳态形式依照各工况的发生概率进行归一化累加处理,认为其结果可以表征全区域的波高概率分布情况。以波高概率分布的计算结果为依据,分析北海海域波浪环境的统计学特征,发现有效波高为7m以上的大波高频发区在北海北部区域有大范围分布;有效波高4~5m为北海东北区域的多发海况,极端海况下的有效波高主要分布于7~14m区间,在地形突变区域的波高发生显著变化。 展开更多

关键词 欧洲北海 波高概率分布 SWAN模型 极值风速 WEIBULL分布

在线阅读 下载PDF 职称材料