粉沙质海岸航道骤淤数学模拟与淤积机理研究

——以黄骅港为例

张庆河¹，聂扬¹，陈泽礽¹，张金凤¹，杨光耀²，季则舟³，赵张益⁴，严冰⁴，纪超⁴

（1. 天津大学 水利工程智能建设与运维全国重点实验室，天津   300072；2. 中水北方勘测设计研究有限责任公司，天津   300222；3. 中交第一航务工程勘察设计院有限公司，天津   300222；4. 交通运输部天津水运工程科学研究院 港口水工建筑技术国家工程研究中心，天津   300456）

摘要：在极端天气条件下，粉沙质海岸内的航道极易发生骤淤灾害，对航运安全造成威胁。基于水动力模型FVCOM与波浪模型SWAN，并合理考虑粉沙质泥沙在强浪作用下的层化效应，构建了能够准确描述粉沙质海岸泥沙运动规律的三维水动力-波浪-泥沙-地形演变实时耦合模型。数学模型通过波流共同作用下的粉沙悬沙试验验证，模拟结果与实测垂向悬沙分布基本吻合。以2003年10月渤海特大温带风暴潮期间黄骅港外航道的骤淤过程为例，基于所建模型的模拟结果与航道实测淤积分布有较好的一致性。结果表明，在强浪作用下形成近底高含沙量并在复杂近岸水流作用下的运移是航道骤淤的主要原因。

关键词：层化效应；三维悬沙模型；波流耦合；粉沙质海岸；航道骤淤

导流板旋转失效状态下刚性圆柱涡激振动数值模拟研究

化怡龙¹，侯静²，牛智搏¹，冯现洪²，付世晓¹，许玉旺¹

（1. 上海交通大学 海洋工程全国重点实验室，上海   200240；2. 中海油研究总院有限责任公司，北京   100028）

摘要：导流板是海洋工程中广泛使用的涡激振动抑制装置之一，通常能够绕立管自由旋转以适应不同来流方向。但在实际应用中，导流板可能会丧失转动自由度，旋转失效状态下的导流板可能导致严重的驰振。基于OpenFOAM开源软件，使用有限体积法结合雷诺时均N-S（Reynolds-averaged Navier-Stokes，简称RANS）方程和SST k-ω湍流模型，研究了刚性圆柱在导流板旋转失效后的涡激振动响应特性。结果表明：在导流板旋转失效的情况下，当约化速度较低（V_r<5）时，导流板能够延后涡泄，不会出现驰振现象；随着约化速度增大，尾涡会附着在导流板上，导致圆柱出现剧烈的驰振。此外，导流板的特征长度越大，驰振的幅值及激发驰振的约化速度范围越大。

关键词：导流板；旋转失效；涡激振动；特征长度；数值模拟

倾斜细长弹性管涡激振动特性研究

王一凡，陈正寿

（浙江海洋大学 船舶与海运学院，浙江 舟山   316022）

摘要：当弹性管倾斜置于流场中，其尾部流场形态与垂直来流相比有明显差异，此时流固耦合作用更为复杂。采用三维数值模拟方法，对均匀流冲击下的倾斜弹性管的涡激振动开展了仿真研究。首先，通过与试验数据的对比验证了数值方法的可靠性。然后，基于对均方根振幅包络图的显性模态分析，发现随着弹性管倾角的增加，其顺流向涡激振动的最大响应幅值会逐渐下降，横流向最大响应幅值大幅增加。接着，通过位置-频率-能量（PFE）图解技术，可观察到倾斜弹性管在顺流向和横流向上均表现出典型的多模态特性。当弹性管倾角达到30°时 ，主振模态、振动位移等均有所改变，独立性准则（IP）失效。最后，对尾流场的分析发现，在小角度倾斜条件下尾流区出现平行交叉泄涡，大角度倾斜条件下尾涡为倾斜泄涡模式。

关键词：倾斜弹性管；涡激振动（VIV）；流固耦合（FSI）；多模态振动；独立性准则（IP）

转捩模型的离散格式对计算结果的影响研究

麻子涵^1，2，韩盼盼¹，尤云祥^1，2

（1. 上海交通大学 海洋工程全国重点实验室，上海   200240；2. 上海交通大学 海南研究院，海南 三亚   572024）

摘要：离散格式的选取对转捩模型的计算结果具有显著的影响，尤其会影响转捩点的预测。目前，针对这一现象的研究文献尚较少。为此，基于经典的转捩模型SST γ-Re_θ及SST γ开展数值计算，并对经典研究算例T3A-、T3A及13.3°攻角A翼型绕流分别进行讨论，系统地探究离散格式对转捩模型计算结果的影响。结合试验结果，对壁面摩擦阻力系数分布进行分析，评估不同离散格式在转捩过程预测中的优劣。研究表明，根据离散格式的影响程度，物理量可分为3类，即速度、湍流量及转捩量。其中，速度对离散格式非常敏感，应采用二阶格式；湍流量中的湍动能对离散格式不敏感，比耗散率对离散格式较为敏感，分别推荐使用一阶及二阶格式；转捩量对离散格式不敏感，推荐使用一阶格式。

关键词：转捩模型；离散格式；SST γ-Re_θ湍流模型；SST γ湍流模型

基于间接时域法的船舶在波浪中运动计算研究

王慧¹，林兆伟¹，杨路春¹，王世鹏¹，朱仁传²

（1. 武汉第二船舶设计研究所，湖北 武汉   430205；2. 上海交通大学 船舶海洋与建筑工程学院，上海   200240）

摘要：针对中高速排水型船舶，基于三维移动脉动源格林函数，结合脉冲响应函数法求解时域绕射力和辐射力。同时基于弱非线性假设，考虑非线性入射波浪力、回复力与横摇阻尼的影响，采用间接时域法建立了中高速排水型船舶六自由度的弱非线性运动模型，通过傅里叶分析得到船舶在规则波中的运动响应。提出了网格重构法、干湿网格法与波面截切法3种瞬时船体湿表面网格更新方法。采用开发的数值计算程序对Wigley I和S175船舶运动响应进行计算，以验证数值方法的计算精度与船型适用性。结果表明，构建的船舶时域运动预报方法能较为准确地预报中高速排水型船舶的运动。

关键词：间接时域法；波浪力；非线性运动；网格更新；运动响应

不同长径比单桩在粉土中的p⁃y模型研究

李效民¹，徐璐¹，李福恒¹，姚雪祥¹，殷文明^2，3，苗得胜⁴

（1. 中国海洋大学 工程学院，山东 青岛   266100；2. 青岛科技大学 数理学院，山东 青岛   266061；3. 青岛海慧智风能源科技有限公司，山东 青岛   266555；4. 中国海洋大学 海洋技术学院，山东 青岛   266100）

摘要：单桩是海上风电工程中最常用的基础形式，桩-土相互作用关系是桩基设计中需要重点考虑的因素。现有设计规范中的推荐公式适用于砂土和黏土这两种极端土质。然而，在全球范围内广泛分布着兼具砂土和黏土特性（非零内聚力和非零摩擦角）的过渡土质——粉土。若仅考虑单一土质特性，可能会造成桩基设计的不经济性和不可靠性。此外，传统的p⁃y模型主要针对单一长径比的桩基，而对于长径比动态变化的通用p⁃y模型研究尚不足。基于ABAQUS软件建立了单桩-粉土相互作用的有限元模型，分析并提出了粉土水平极限承载力计算公式，同时考虑长径比参数变化的影响，量化了水平极限承载力和单桩长径比对单桩横向荷载-位移响应的作用，进而提出了适应于不同长径比单桩在粉土中的p⁃y模型。最后，通过桩基算例的对比分析，验证了所提模型的准确性与适用性。

关键词：单桩；粉土；不同长径比；p⁃y模型；海上风电；桩-土相互作用

黏性土地基海上风机三桶基础水平承载特性试验研究

王永康，杨丹良，张西鑫，陆佳清，王彦升，寇海磊

（中国海洋大学 工程学院，山东 青岛   266100）

摘要：三桶基础因其出色的承载性能，在海上风机基础中的应用日益广泛。由于三桶基础在服役期间长期承受波浪载荷，其水平循环响应对稳定性分析非常重要。通过室内模型试验，研究了黏性土地基三桶基础在不同循环荷载幅值比作用下的水平承载特性及其旋转中心的变化规律。试验结果表明：在循环荷载试验中，经过50次循环后，当循环荷载幅值比ζ_b=0.40时，变形基本稳定，累积变形为0.000 2D；而当ζ_b=0.60时，其变形呈现继续增大趋势，累积变形为0.011 0D。此外，随着循环次数的增加，三桶基础的旋转点逐渐向上移动，累积转角随之增大，但水平累积转角的变化速率逐渐减小并趋于稳定。

关键词：海上风电；三桶基础；1g模型试验；累积变形

大直径钢管桩水平承载特性研究

马倩雯

（交通运输部水运科学研究院，北京   100088）

摘要：桩基础被广泛应用于海上风电项目，拥有广阔的应用前景。采用ABAQUS有限元软件建立分层黏土模型，对大直径钢管桩在单向水平荷载作用下的承载特性进行研究。以某风电工程现场试桩为例，对比分析有限元模拟结果与现场静载试桩试验结果，验证了模型的准确性。采用单因素变量法，分析了钢管桩直径、壁厚、埋深与土壤内摩擦角、黏聚力对大直径钢管桩水平承载特性的影响。研究表明：大直径钢管桩在水平荷载下呈现出刚性桩、中长桩及其过渡阶段的受力特性，桩的直径、埋深是影响其受力状态的主要因素；钢管桩水平位移对各因素变化的敏感性由强至弱分别为埋深>直径>壁厚>土体参数。

关键词：桩基础；大直径钢管桩；海上风电；水平承载特性

非对称波能浮子-防波堤系统水动力特性理论研究

赵玄烈^1，2，勾鉴明¹，周加春¹，周素莲^1，2

（1.哈尔滨工程大学 船舶工程学院，黑龙江 哈尔滨   150001；2.哈尔滨工程大学 三亚南海创新发展基地，海南 三亚   572025）

摘要：基于线性势流理论，应用匹配特征函数方法求解近岸反射条件下波浪与非对称波能浮子-防波堤系统相互作用的绕射和辐射问题，通过Haskind关系验证了所构建半解析模型的正确性。应用该模型研究了浮子形状、防波堤与岸线间距和波浪入射角度等主控参数对反射系数、俘能效率等的影响规律。计算结果表明：对于孤立浮子而言，非对称浮子的俘能效率明显优于对称型浮子；防波堤的存在对浮子的俘能效率有明显的改变，主要体现为俘能效率曲线在特定频率区间出现接近零的现象，且呈现双峰趋势；岸线反射对集成系统的水动力性能影响较大，主要体现为浮子和防波堤的水动力系数及俘能效率随岸线与防波堤间距的变化呈现周期性变化（周期约为kD₂=π）。

关键词：波浪能装置；防波堤；俘能效率；解析方法；近岸反射

基于伞锚的水面无人系统波能俘获装置及水动力评估方法

陈泽熙¹，张显涛^1，2，3，陈子和^1，2，张宇⁴

（1. 上海交通大学 海洋工程全国重点实验室，上海   200240；2. 上海交通大学 海南研究院，海南 三亚   572024；3. 上海交通大学 重庆研究院，重庆   400135；4. 上海船舶设备研究所，上海   200031）

摘要：为解决海上无人集群续航能力受限的问题，提出一种新型伞锚式波浪能俘获装置，发展了针对柔性伞锚的水动力等效分析方法并初步评估其俘能性能。首先，将柔性伞面等效为离散线结构，基于Morison模型分析其水动力载荷，结合伞锚的冠状形态和水动力特性，构建Morison模型中拖曳力和附加质量力系数的等效计算方法；随后，采用OrcaFlex软件构建伞锚动力学模型，并通过与轴向振荡试验数据对比进行验证，数值计算结果表明，伞锚拉力与试验结果吻合良好，验证了基于线结构和Morison模型的柔性伞锚水动力评估方法的有效性；最后，引入线性弹簧-阻尼器模拟波能转换单元，计算分析伞锚波能装置的俘获功率，发现该装置具有较好的俘能性能，为海上无人系统的原位供电提供了新的思路。

关键词：波浪能；水面无人系统；水动力特性；数值模型

长江口风暴潮增水对潮汐不对称性的响应

殷成团¹，孙新鹏²，孙忠滨¹，盛晓强³，张金善¹

（1. 南京水利科学研究院 水灾害防御全国重点实验室，江苏 南京   210029；2. 中交水运规划设计院有限公司，北京   100007；3. 青岛引航站，山东 青岛   266000）

摘要：河口地区潮波不对称性对风暴增水具有显著的放大作用。基于长周期潮位资料，系统分析了长江口潮波不对称性及其空间分布特性，并通过FVCOM进行大量数值模拟，研究了不同潮差、潮时情景下河口增水对潮汐不对称性的响应。结果表明：长江口河口段潮波不对称性呈现出向上游增强的空间分布特征，局部地形变化是导致潮波变形加剧的直接原因；相同水位条件下，台风与涨潮期遭遇时增水明显大于落潮期，主要原因是风暴潮与天文潮的相互作用加快了潮波传播速度，加剧了河口潮波不对称性，致使涨潮曲线更陡峭，增水对相位偏移更敏感。在潮汐不对称性较强的河口区域，偏峰增水是描述台风对灾害性潮位抬升能力的更好指标。

关键词：长江口；潮汐不对称性；风暴增水；风暴潮时；非线性效应

浙江省海岸不同类型植被对波浪衰减影响研究——以海三棱藨草、互花米草、红树林生态系统为例

辜伟芳^1，2，李高聪³，赵鑫^1，2，史本伟^2，4，张文祥⁴，丁家玮^1，2

（1. 浙江省海洋科学院，浙江 杭州   310012；2. 自然资源部海洋空间资源管理技术重点实验室，浙江 杭州   310012；3. 广东海洋大学 电子与信息工程学院，广东 湛江   524088；4. 华东师范大学 河口海岸全国重点实验室，上海   200241）

摘要：潮滩湿地植被通过其消浪生态功能，可以对海岸进行护岸促淤、防灾减灾及维持生态系统的稳定性。因此，研究典型植被波浪衰减特征对保护潮滩湿地、维持湿地生物多样性及保障沿岸工程设施安全具有重要意义。选取浙江省海岸3种典型植被生态系统（海三棱藨草、互花米草和红树林）为研究对象，利用高频浪潮仪，在沿波浪传播方向上分别在相邻光滩、植被边缘和植被内部对三大典型植被生态系统消浪能力进行观测。结果表明，互花米草植被带的波高平均衰减率>海三棱藨草植被带的波高平均衰减率>红树林带的波高平均衰减率>相邻光滩。进一步分析发现，植被类型及其生长阶段决定了植被的波浪衰减能力，处于生长初期的红树林波浪衰减率略高于相邻光滩。上述结果不仅丰富了植被波浪衰减研究案例，同时提升了对海岸植被消浪效率影响因素的认识，可为海岸工程设施的保护提供科学依据。

关键词：潮滩；湿地植被；波浪衰减；浙江海岸；消浪能力

基于共模的耐压结构超差矫正评估方法研究

陈沙古^1，2，谢晓忠^1，2，吴智睿^1，2，刘成^1，2

（1. 中国船舶科学研究中心，江苏 无锡   214082；2. 船舶结构安全全国重点实验室，江苏 无锡   214082）

摘要：在大型耐压结构建造过程中，超差问题难以避免，而超差矫正及其安全评估一直是行业内的工程难题。以常见的耐压结构合拢端口超差问题为研究对象，开展矫正措施和评估方法研究。根据矫正工装的结构特点，提出了一种矫正力的间接测量方法，可为矫正引起的结构内应力计算提供载荷条件。基于合拢端口的柔性-刚性连接假设，构建了一种用于局部结构矫正内应力和整体结构极限承载能力仿真计算的共模方法。采用该共模方法对舱段结构板壁差超差矫正进行仿真计算，研究了局部矫正内应力对舱段结构极限承载能力的影响。结果表明：由板壁差超差引起的矫正内应力对舱段结构承载能力的影响很小，基本可以忽略不计；但当超差情况较为严重，矫正引起的内应力水平达到材料的屈服强度时，超差矫正对舱段结构承载能力的影响则较大，会对耐压结构的安全使用造成影响。

关键词：耐压结构；超差矫正；矫正力；共模策略；承载能力

海底管道爆炸毁伤全过程反演与性能提升

王法承，李宿莽

（清华大学 土木工程系，北京 100084）

摘要：2022年北溪天然气管道泄漏事件引起了全世界的广泛关注。建立了北溪天然气管道的有限元分析（finite element analysis，简称FEA）模型，使用LS-DYNA求解器和ALE (arbitrary Lagrangian-Eulerian) 算法模拟了水下爆炸及管道破坏的全过程，并通过了模型验证。参考北溪管道事件中泄漏点的实地拍摄照片，通过有限元分析实现了事故反演，并从中分析推断得出造成北溪一号和北溪二号管道泄漏的可能原因。研究明晰了内部承压海底管道在水下爆炸作用下毁伤的3个阶段：爆炸冲击阶段、内压泄漏阶段和稳定阶段。引入中空夹层复合海底管道结构形式，并对其进行了水下爆炸的有限元分析。分析结果显示，新型结构相比于常用的单层管道形式，可显著提升其抗爆和可修复性能，为相关海底管道抗爆设计提供优选结构形式。

关键词：北溪天然气管道；水下爆炸；流固耦合；破坏形态；事故反演

悬空海底电缆波致运动和疲劳寿命数值研究

黄小卫¹，蔡晔¹，郭强¹，蒋弘毅^2，3，郭远建^2，3，高洋洋^2，3，王臻魁^2，3，国振^2，3

（1. 中国南方电网有限责任公司 超高压输电公司广州局海口分局，海南 海口   570105；2. 浙江大学 海洋学院，浙江 舟山   316021；3. 浙江大学 海南研究院，海南 三亚   572025）

摘要：针对跨越琼州海峡某海底输电电缆的实测悬空段，基于海洋工程动力学分析软件OrcaFlex，构建了悬空海缆波致运动和疲劳特性数值计算模型，研究了悬空海缆的运动、疲劳及塑性屈服特性随波流条件和悬空长度的变化规律。结果表明，海缆的铅合金护套层最易疲劳，其疲劳性能决定了海缆的整体疲劳寿命。铅合金护套的疲劳寿命并不随悬空长度的增大而单调减小，而是在悬空长度5~10 m附近出现最小值。在1年一遇波流叠加工况下，铅合金护套的最小疲劳寿命仅0.9 a（引入安全系数10后）。通过多次现场扫测发现，实际环境中较易发生5~10 m的悬跨，因此可以认为海缆的铅合金护套极易发生疲劳破坏。在50年一遇波流叠加工况下，铅合金护套的最小疲劳寿命仅1.1 d（引入安全系数10后），接近极端台风浪过境一次的时间尺度，且铅合金护套在任意悬空长度下均会发生塑性屈服。研究成果为保障海缆的在位安全运行提供了重要理论支持。

关键词：海底电缆；悬空；波致运动；疲劳寿命；塑性屈服

海上遇险目标漂移运动的水槽模型试验设计研究

林汛¹，仉天宇^1，2，雷桂斌¹，宁浩¹，欧紫靖¹，张树钦¹，梁朋¹

（1. 广东海洋大学 海洋与气象学院，广东 湛江   524088；2. 自然资源部空间海洋遥感与应用重点实验室，北京   100081）

摘要：海上遇险目标的搜寻是开展海上搜救工作的前提，其中海上遇险目标漂移轨迹的预测准确性至关重要。以3种海上遇险目标共5种遇险姿态为研究对象，设计基于风浪流水槽的漂移运动物理模型试验。首先，进行受力分析和漂移驱动树分析的预设计；其次，基于相似准则按特定的缩尺比进行3D打印制作海上遇险目标模型，设计不同风、浪、流条件下的59种工况；最后，完成共计659次的漂移运动试验，其中包含单因子驱动试验和多因子耦合驱动试验。结果表明，水槽模型试验的结果与前人外海试验的结果基本符合，说明物模试验设计较为合理可靠，能够在风浪流水槽中准确地复现海上遇险目标的漂移运动。该物模试验设计可为海上遇险目标漂移运动的研究工作提供新的试验思路。

关键词：海上搜救；海上遇险目标；漂移运动；物模试验设计；风浪流水槽

基于AIS数据的集装箱港口枢纽度研究

陈正勇，丁文涛，黄俊

（交通运输部规划研究院，北京   100028）

摘要：基于船舶自动识别系统（automatic identification systems， 简称AIS）数据对集装箱航运网络进行建模，综合考虑港口生产规模、通达水平、组织能力、辐射能力等，构建集装箱港口枢纽度评价指标体系，以WASPAS模型计算港口的枢纽度，对港口在集装箱航运网络中的地位和影响力进行分析和评估。结果表明：1）基于AIS数据构建的集装箱港口枢纽度指标，融入了港口在航运网络中的地位和影响力等因素，相比吞吐量指标，能更全面、客观地评估港口的地位；2）高枢纽度值港口仅为少数，新加坡港、上海港、釜山港、宁波舟山港、鹿特丹港、深圳港、香港港等7港枢纽度值超过0.55，是全球集装箱港口体系中最重要的枢纽港；3）中国是全球高枢纽度值港口密集分布的国家。上海港、宁波舟山港、深圳港、香港港、青岛港、高雄港、广州港、厦门港、天津港等9港枢纽度值位列全球前20，其中上海港、宁波舟山港、深圳港、香港港等4港为高枢纽度值港口。营口港、烟台港、日照港、连云港港、苏州港、嘉兴港、东莞港、钦州港等众多港口，枢纽度位序较低，在全球集装箱航运网络中的地位要远低于吞吐量排位。

关键词：自动识别系统；集装箱；港口；航运网络；枢纽度

纵骨影响下基于图论的剖面剪流数值计算方法研究

韩涛^1，2，汤雅敏^1，2，吴嘉蒙^1，2，蔡诗剑^1，2

（1. 中国船舶及海洋工程设计研究院，上海   200011；2. 上海市船舶工程重点实验室，上海   200011）

摘要：剖面剪流的计算是船体结构强度评估中校核剖面剪切强度的重要内容，计算剪流的传统方法主要有路径积分方法和图论方法。然而，无论哪种方法，要准确分析纵骨对剖面剪流计算的影响，都需要较为完整的纵骨剖面形状信息。这使得部分骨材单元类型，如有限元中的“bar”以及“rod”等单元类型，对于传统方法并不适用。因此，提出了一种简化的计算纵骨对剪流影响的方法，并将其整合到剖面剪流的图论计算流程中。结果表明，与传统的计算方法相比，新方法能准确计算考虑纵骨影响的剖面剪流，并能极大简化计算过程。

关键词：剪流；剪切强度；船体剖面；纵骨；路径积分方法；图论方法

仿生跨介质飞行器入水策略及降载方法综述

高福奎^1，2，周后村^1，2，余雷^1，2，李鑫林³，吴文华^1，2

（1. 中国空气动力研究与发展中心 跨介质飞行器研究中心，四川 绵阳   621000；2. 中国空气动力研究与发展中心 空天技术研究所，四川 绵阳   621000；3. 哈尔滨工业大学 复合材料与结构研究所，黑龙江 哈尔滨   150001）

摘要：跨介质飞行器具备在空气和水两种介质中自由穿行的能力，被视为扩展空中和海上探测领域的突破性技术。但跨介质飞行器入水过程伴随着较大的冲击载荷，极易造成机头、机身和尾翼等关键部件损坏，严重影响航行器航行的稳定性和安全性。围绕跨介质飞行器入水方式、入水冲击载荷等问题，从跨介质飞行器入水方式、航行器入水传统降载方法、仿生降载方法3个方面总结了国内外研究发展历程，结合跨介质飞行器入水降载发展现状，总结了该领域的技术挑战，提出对未来的展望。跨介质飞行器入水降载方法及相关技术仍不成熟，进行材料和结构设计是降载问题研究的重点，开展数值模拟及模型试验是航行器入水降载研究的主要方法，仿生技术的发展将促进跨介质飞行器降载性能的提升和设计理念的创新。

关键词：水空跨介质运动；跨介质飞行器；入水冲击；冲击降载；仿生学