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深海采矿长缆线布放系统内应力波的产生及传播特性研究

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深海采矿长缆线布放系统内应力波的产生及传播特性研究

作者：吴丞昊上海交通大学

学位级别：硕士

随着世界经济的发展,人类对资源的需求也不断上升,由于陆上矿产资源逐渐被开发枯竭,世界各国均将目光转向了深海的高品位的丰富矿产资源,深海采矿系统因此成为了各国研究开发的重点。相比于常见的浅水布放系统,深海采矿系统的布放竖直... 详细信息

随着世界经济的发展,人类对资源的需求也不断上升,由于陆上矿产资源逐渐被开发枯竭,世界各国均将目光转向了深海的高品位的丰富矿产资源,深海采矿系统因此成为了各国研究开发的重点。相比于常见的浅水布放系统,深海采矿系统的布放竖直距离更长;而相比常见的载人或无人深潜系统,深海采矿布放系统布放需要承受更大的载荷,所以深海采矿系统的布放过程受到了更大的挑战,对整个布放过程的安全性保障也因此成为了深海采矿系统开发的重要课题之一。当布放系统的位移比、阻尼比、应力波阻尼比和频率比处在一定的组合区域内,或者当系统遇到突发的风浪流及其它水动力作用时,布放系统可能产生大幅值的运动,甚至可能出现松弛和重新张紧的情况,从而导致大幅值的突加载荷的产生并以应力波的形式在系统内传播,危害系统的安全。因此对深海采矿长布放缆构成的布放系统内的突加载荷导致的大幅值高加载率应力的产生及其以应力波形式传播过程的特性对布放系统整体安全的保障具有重要意义,需要进行进一步的深入研究。本文主要采用理论模型分析计算与数值计算相结合的方法,对采矿系统的深海长布放缆重载布放系统内考虑应力波传播特性下的突加载荷的产生条件、应力波在布放缆中传播的频域特性、应力波传播的时域特性、应力波传播对布放系统内最大应力的影响以及不同长度和不同属性的布放缆对应力波传播特性的影响进行了深入研究分析。分别考虑与不考虑应力波传播对系统动力学的影响,对一维单自由度布放系统动力学方程进行数学建模分析,并对不同的无因次化位移比、阻尼比、应力波阻尼比和频率比下系统的运动幅值进行了数值计算,得到了相应的松弛-张紧临界曲线。当松弛张紧过程发生时,布放系统内会产生大幅值高加载率的突加载荷以应力波形式在布放系统中传播。研究发现,在不考虑应力波传播对系统的影响时,所有临界曲线均经过频率比为(?)/2、位移比为1的点。当频率比小于(?)/2时,临界位移比随着阻尼比的增大而增大;而当频率比大于(?)/2时,临界位移比随着阻尼比的增大而减小。当频率比小于1时,临界位移比随频率比增大而增大;在频率比为1处时临界位移比达到极值;在频率比小于1时,临界位移比随频率比的增大而减小。在相同的频率比下,布放系统可以通过增大其位移比的方法来使布放系统从不稳定可能产生松弛的区域进入稳定张紧的区域。当临界位移比大于1时,可以通过增大或减小频率比来使布放系统处在稳定张紧区域,然而当位移比小于1时,只能通过减小频率比的方法来使系统始终处在稳定张紧区域。在考虑应力波传播对系统的影响的情况下,有临界曲线不再都经过频率比为W/2、位移比为1的点。当应力波阻尼比较大时,位于频率比1附近的临界位移比最大值会消失,在此情况下临界位移比曲线会成为单调递增曲线,此时对于位移比大于1的系统,其在任何频率下均始终稳定张紧。将布放缆作为一维连续体,对其在三维空间中的运动进行建模,并应用哈密顿原理对其运动学和动力学方程进行非线性求解,并在此基础上对布放缆中传播的应力波的频域特性进行了分析与数值计算,得到了不同布放缆属性下应力波传播的极限频率曲线、频率关系曲线、色散曲线与群速度曲线。研究发现应力波的频率从频域上被两个截止频率与一个行波截止频率分成四个区域,按照它们所在频率,将它们从小到大排列分别为:行波抑止带、抑止带、行波抑止带与通频带。应力波传播时,绝对值较大的截止频率随着纵向张力的增加而降低,同时该截止频率随着与布放缆材料属性有关的cl的增大而增大;然而其与布放缆中横向张力的关系较为复杂,通常在纵向张力较大时,截止频率随着横向张力的增大而增大,但是在纵向张力较小时,截止频率随着横向张力的增大而减小。绝对值较小的截止频率并不是随着纵向张力的增加而单调降低,而是会出现一个区域极大值,该极大值出现时的纵向张力即为区分该系统的截止频率是否为纯实数的纵向张力临界值。如果系统的两个截止频率均为纯实数,则两个截止频率之间为抑止带;反之若该截止频率为复数,则该频段仍然为行波抑止带。在短波长-高频极限时,应力波行波的横波与纵波相速度均趋向于经典模型一维弹性半无限长介质中应力波传播的相速度,且均趋向于非色散系统。在通频带,应力纵波可以以行波形式传播,且在传播的过程中会以一定的衰减率逐渐衰减,该系统为色散系统。在行波抑止带,应力纵波不能以行波的形式向外传播。但是在应力突变源附近会产生两列不同波数的单向的近场衰减波。在抑止带,应力纵波不能以行波的形式向外传播。但是在应力突变源附近会产生双向的近场衰减波。应力横波始终能够以行波的形式向外传播,不存在抑止带。在考虑了布放缆弧度与该点弧长坐标之间的非线性关系的情况下,该系统为色散系统。应力横波与纵波的行波群速度在高频时趋向于它们的相速度。然而应力横波表现出了反常色散特性,因此高频项会在传播的过程中向波前锋聚集,从而形成强间断波,对布放系统造成危害。对布放缆

关键词：深海采矿深海布放应力波突加载荷张紧松弛

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鸟类环志跟着候鸟去迁飞

浙江林业 2018年第12期 36-37页

作者：吴丞昊不详

什么是候鸟?候鸟是指一年中随着季节的变化,定期沿着相对稳定的迁徙路线,在其繁殖地和越冬地之间作远距离迁徙的鸟类。早在汉代,古人就对候鸟的迁徙活动有了一定的认识。《鸿雁捎书》的故事,就是古人借鸿雁迁徙的行为,寄托对家乡亲人的... 详细信息

什么是候鸟?候鸟是指一年中随着季节的变化,定期沿着相对稳定的迁徙路线,在其繁殖地和越冬地之间作远距离迁徙的鸟类。早在汉代,古人就对候鸟的迁徙活动有了一定的认识。《鸿雁捎书》的故事,就是古人借鸿雁迁徙的行为,寄托对家乡亲人的思念之情。候鸟迁徙是使命,是责任,更是一种承诺。每当仰望天空,看见候鸟轻盈的双翼掠过云端,试想它们由南半球到北半球,由春季到冬季,在时光季节的流转跨越中,就算前方有再多艰难险阻,也要完成迁徙的壮举,让人不禁对候鸟肃然起敬。是什么样的信念和理想在远方召唤,让候鸟能不畏险阻、专心致志地去完成伟大的迁徙之路,这依然是自然界中的不解之谜。

关键词：候鸟鸟类迁徙路线相对稳定思念之情北半球南半球自然界

浙江玉环漩门湾湿地越冬期黑脸琵鹭的种群动态及生境特征

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南京林业大学学报(自然科学版) 2024年

作者：陈严雪吴丞昊章旭日李元春郭传良浙江玉环漩门湾国家湿地公园管理处浙江省森林资源监测中心温州医科大学检验医学院(生命科学学院) 浙江省林业科学研究院玉环市自然资源和规划局

【目的】了解浙江玉环漩门湾湿地越冬期黑脸琵鹭（Platalea minor）的种群动态和栖息地特征，为黑脸琵鹭的保护和栖息地管理提供科学依据。【方法】2015—2021年的6个越冬期，采用样线法和样点法对浙江玉环漩门湾湿地黑脸琵鹭种群进行... 详细信息

【目的】了解浙江玉环漩门湾湿地越冬期黑脸琵鹭（Platalea minor）的种群动态和栖息地特征，为黑脸琵鹭的保护和栖息地管理提供科学依据。【方法】2015—2021年的6个越冬期，采用样线法和样点法对浙江玉环漩门湾湿地黑脸琵鹭种群进行调查统计，通过比较不同越冬期的数量和分布分析黑脸琵鹭的种群动态及影响因素，应用Pearson相关分析检验黑脸琵鹭越冬时长与气候因子的关系。在黑脸琵鹭栖息地设置样方，对样方内的12个生境因子进行调查，通过主成分分析确定影响生境选择的主要因子。【结果】黑脸琵鹭一般每年10月中下旬到达漩门湾湿地，次年4月中下旬离开，越冬时长为（176.83±13.48）d。黑脸琵鹭的越冬天数仅与2月份（P<0.05）和3月份（P<0.05）的降水天数呈显著正相关性。2015—2017年黑脸琵鹭越冬个体数量为（77.00±3.00）只，2017—2020年越冬个体数量为（43.67±2.62）只，2020—2021年越冬个体数量为68只。黑脸琵鹭种群数量动态多数年份呈“钟”型，少数年份呈“M”型。整个漩门湾湿地共记录黑脸琵鹭分布点19处，其中湿地公园10处，三期建设区9处。黑脸琵鹭主要分布在湿地公园，三期建设区较少。主成分分析显示，植被盖度[（15.91±15.79）%]、裸露泥地面积占比[（66.36±28.45）%]、离大道最近距离[（1166.46±627.89）m]、植被高度[（0.80±0.93）m]、离居民点最近距离[（1616.18±490.08）m]是影响黑脸琵鹭生境选择的主要因子。【结论】浙江玉环漩门湾湿地是黑脸琵鹭的重要越冬地和迁徙停歇地。黑脸琵鹭在漩门湾湿地的越冬时长随着2、3月降水天数的增加而延长，其种群数量和分布受到栖息地改造和工程建设的干扰而有所波动。黑脸琵鹭偏好植被分布稀疏、有较大裸露泥地面积以及人为干扰和噪音小的环境栖息。减少人为干扰、避开越冬期施工、保留原始滩地和养殖塘、控制水位等，有助于黑脸琵鹭的保护。

关键词：黑脸琵鹭种群动态生境特征降水植被水位工程建设浙江玉环漩门湾湿地

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浙江省鸟类新记录——楔尾鹱

四川动物 2019年第2期38卷 162-163页

作者：吴丞昊季景勇张芬耀刘宝权浙江省森林资源监测中心杭州310020 浙江省龙泉市林业局浙江龙泉323700

2018年7月11日,在浙江省龙泉市车辆检测中心空地内(地理坐标为119°06'57.49"E,28°03'11.32"N)发现1只蜷缩在石子草丛、失去飞行能力的活体黑褐色鸟类由于发现时鸟类身体状况差,尝试野外放生未成功,尽全力救护仍自然死亡,标本现存放于... 详细信息

2018年7月11日,在浙江省龙泉市车辆检测中心空地内(地理坐标为119°06'57.49"E,28°03'11.32"N)发现1只蜷缩在石子草丛、失去飞行能力的活体黑褐色鸟类由于发现时鸟类身体状况差,尝试野外放生未成功,尽全力救护仍自然死亡,标本现存放于浙江省自然博物馆,标本号:20180632该种鸟类的鉴别特征十分明显(图1),经核对《中国鸟类野外手册》(MacKinnon et al.,2000)和《中国海洋与湿地鸟类》(马志军等,2018)等资料,确认是楔尾鹱Ardenna pacifica。进一步查阅资料,在《浙江动物志(鸟类)》(诸葛阳等,1990) X中国鸟类分类与分布名录》(第三版)(郑光美,2017)中都没有楔尾鹱的分布记载,在其他有关文献和报道中仅上海(薄顺奇等,2012)、香港(香港观鸟会,2013)、海南和台湾有记录(郑光美,2017),因此,确认其为浙江省鸟类新记录。

关键词：中国鸟类浙江楔尾自然博物馆检测中心身体状况飞行能力自然死亡

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龙泉走生态立市之路持续关注濒危物种海南鳽

浙江林业 2020年第3期 10-11页

作者：季景勇吴丞昊不详

龙泉市于三江之源、江浙之巅的绿水青山间崛起,优越的山地立体气候条件和天然的“绿色宝库”,孕育着丰富的野生动植物资源。2014—2017年,龙泉市先后通过《中共龙泉市委关于深入实施生态立市战略建设美丽龙泉创造美好生活的决定》《中... 详细信息

龙泉市于三江之源、江浙之巅的绿水青山间崛起,优越的山地立体气候条件和天然的“绿色宝库”,孕育着丰富的野生动植物资源。2014—2017年,龙泉市先后通过《中共龙泉市委关于深入实施生态立市战略建设美丽龙泉创造美好生活的决定》《中共龙泉市委关于补短板增后劲奋力打造升级版“好龙泉”的决定》《中共龙泉市委关于积极投身创新区建设全域打造最美大花园的决定》等决定,提出要深入实施生态立市战略,更加注重生态文明建设导向,推动绿色发展、科学跨越,打造升级版“好龙泉”,建设美丽幸福好龙泉。

关键词：龙泉野生动植物资源生态立市补短板绿色宝库生态文明建设升级版濒危物种

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龙泉加强生物多样性保护构建和谐生态

浙江林业 2021年第5期 36-37页

作者：季景勇吴丞昊不详

浙江龙泉,地处浙江南部,素有"浙南林海"之誉,更坐拥享有"华东地区古老植物的摇篮"和"天然植物园"之美誉的凤阳山,野生动植物资源十分丰富。近年来,龙泉市全面贯彻党的十九大和十九届二中、三中、四中、五中全会精神,深入贯彻习近平总书... 详细信息

浙江龙泉,地处浙江南部,素有"浙南林海"之誉,更坐拥享有"华东地区古老植物的摇篮"和"天然植物园"之美誉的凤阳山,野生动植物资源十分丰富。近年来,龙泉市全面贯彻党的十九大和十九届二中、三中、四中、五中全会精神,深入贯彻习近平总书记绿水青山就是金山银山的理念,忠实践行"八八战略",立足于生态,走生态立市之路。在龙泉,保护与救助野生动物的故事屡见迭出,人民群众坚守自然法则、对野生动植物资源的保护意识逐渐增强,形成了人人参与、积极参与的良好氛围,更愿为野生动植物守护一片绿水青山。

关键词：野生动植物资源龙泉生态立市浙江南部生物多样性保护八八战略华东地区

深海布放缆不同材料属性下应力波自由传播频率特性影响研究

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海洋工程 2017年第5期35卷 12-22页

作者：吴丞昊杨建民田新亮胡智焕彭涛上海交通大学海洋工程国家重点实验室高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海200240

在频域对深海布放缆系统内应力波自由传播特性进行了分析。在布放缆数学建模时使用了哈密顿原理,并在建模时考虑布放缆的曲率。计算过程中保留了缆绳曲率与其弧长坐标之间的非线性关系,并最后得到了其上传播的应力纵波与应力横波的特性... 详细信息

在频域对深海布放缆系统内应力波自由传播特性进行了分析。在布放缆数学建模时使用了哈密顿原理,并在建模时考虑布放缆的曲率。计算过程中保留了缆绳曲率与其弧长坐标之间的非线性关系,并最后得到了其上传播的应力纵波与应力横波的特性。通过计算得到布放缆属性和缆绳内竖直张力等参数对缆绳内自由传播频率特性的影响曲线。结果表明,这些因素对自由传播应力波的频率关系、色散关系、相速度与群速度影响显著。对于应力纵波,整个频域可被两个截止频率与一个行波截止频率分成四个区域。除了通频带之外,在低频时亦存在抑止带和行波抑止带。应力纵波仅能在通频带中以行波形式传播,而应力横波则可以在所有频率范围内以行波形式传播。

关键词：应力波深海布放张紧松弛突加载荷

浙江省北部发现白头蝰及白头蝰属物种在浙江的记录修订

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野生动物学报 2016年第4期37卷 387-389页

作者：李佐晖王聿凡刘宝权金伟吴丞昊浙江省森林资源监测中心杭州310020

2015年7月24日,在开展全国陆生野生动物第二次普查工作过程中,我们于浙江省杭州市淳安县发现一号蛇类的雄性活体(标本编号:WYF et al.20150724),经鉴定,确认为白头蝰(Azemiops kharini),系浙江省北部蛇类种的地理分布新纪录。标本现存... 详细信息

2015年7月24日,在开展全国陆生野生动物第二次普查工作过程中,我们于浙江省杭州市淳安县发现一号蛇类的雄性活体(标本编号:WYF et al.20150724),经鉴定,确认为白头蝰(Azemiops kharini),系浙江省北部蛇类种的地理分布新纪录。标本现存于浙江省森林资源监测中心。

关键词：白头蝰浙江北部

浙江省第二次陆生野生动物资源调查与阶段性成果

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