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不同水力集矿模型的矿粒采集及环境扰动特性数值研究

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上海交通大学学报 2024年第7期58卷 1036-1046页

作者：李雨瑶赵国成肖龙飞上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 上海交通大学三亚崖州湾深海科技研究院海南三亚572024

实现高效、低扰动海底集矿是深海多金属结核矿产资源开发面临的关键技术挑战.海底矿粒采集过程的力学行为十分复杂,是一个涉及三维紊动流动、离散粗颗粒运动与细颗粒土体破坏的流固土多物理场耦合过程.针对吸扬式、附壁射流式、射流冲采... 详细信息

实现高效、低扰动海底集矿是深海多金属结核矿产资源开发面临的关键技术挑战.海底矿粒采集过程的力学行为十分复杂,是一个涉及三维紊动流动、离散粗颗粒运动与细颗粒土体破坏的流固土多物理场耦合过程.针对吸扬式、附壁射流式、射流冲采式3种主流的深海水力集矿方法,基于K-Epsilon两层模型和离散元模型分别模拟集矿液相湍流和固相矿粒,进行矿粒采集性能和环境扰动的数值模拟研究,分析集矿流量q m和集矿头拖曳速度v对矿粒采集率η、集矿流场湍动能k和海水-沉积物混合物体积分数φ的影响,探究集矿流场中流速、压力和矿粒的分布特征.结果表明:在相同q m和v下,射流冲采式模型获得的η最大,吸扬式模型获得的η最小;射流冲采式模型对近底流场扰动程度最大,深海沉积物扩散现象也最为明显,而吸扬式和附壁射流式模型造成的环境扰动程度较小,更有利于环保要求;附壁射流式模型的η对q m和v最不敏感,且该集矿模型可以较好地兼顾高效矿粒采集和低环境扰动.研究结果可为揭示集矿机理和设计研发高效低扰动集矿装置提供科学依据.

关键词：深海采矿多金属结核流固土多场耦合矿粒采集效率环境扰动

中国加入《港口国措施协定》的可行性、困境与纾解

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中国法律评论 2024年第4期 192-205页

作者：陈鹏宇薛桂芳上海交通大学凯原法学院上海交通大学极地与深海发展战略研究中心上海交通大学海洋法治研究中心

非法、不报告、不受管制捕鱼已成为全球性问题,对渔业资源可持续发展和海洋生态构成严重威胁。《港口国措施协定》作为首份专门规制IUU捕捞的国际法律文书,禁止非法捕捞船只使用港口设施以阻断非法捕捞链条。虽然该协定具备硬法约束力... 详细信息

非法、不报告、不受管制捕鱼已成为全球性问题,对渔业资源可持续发展和海洋生态构成严重威胁。《港口国措施协定》作为首份专门规制IUU捕捞的国际法律文书,禁止非法捕捞船只使用港口设施以阻断非法捕捞链条。虽然该协定具备硬法约束力、成效显著,但仍存在制度设计层面的不足。学界对于中国加入《港口国措施协定》持多种观点,因此探讨中国加入的可行性尤为重要。我国加入该协定具备法理与现实基础,同时应注意对渔船行驶自由和渔产品贸易可能带来的潜在影响,以及对国内法衔接、管理体制改革、港口建设和渔企运行的额外压力。我国可以通过立法明确入港检查程序、整合港口与渔政部门职责、提升设施智能化水平及执法活动的信息化程度等举措,这些将有助于推进港口治理体系和治理能力的现代化。

关键词：《港口国措施协定》 IUU捕捞港口国 “一带一路”

均匀流作用下并联悬垂双取水管涡激振动载荷特性试验研究

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上海交通大学学报 2024年

作者：赵光义张萌萌付世晓许玉旺任浩杰白英利上海交通大学海洋工程国家重点试验室船舶海洋与建筑工程学院高新船舶与深海开发装备协同创新中心极地深海技术研究院

悬垂取水管作为温差能发电平台等生产设施的核心构件，受到的关注与日俱增。悬垂连接双管结构较之单管有着更高的输送效率与更低的制造工艺要求，但是其涡激振动特性尚不明确。为此，本文开展了一系列悬垂连接双管模型试验，提出了一种... 详细信息

悬垂取水管作为温差能发电平台等生产设施的核心构件，受到的关注与日俱增。悬垂连接双管结构较之单管有着更高的输送效率与更低的制造工艺要求，但是其涡激振动特性尚不明确。为此，本文开展了一系列悬垂连接双管模型试验，提出了一种针对大位移、小变形问题的涡激载荷识别方法，对比分析了双管与单管的涡激振动特性，得到的结论如下：在相同流速和方向下，悬垂双管和悬垂单管的涡激振动位移幅值在低流速时相似，但在高流速下存在差异；悬垂双管更容易表现出涡激振动的不稳定性，包括行波和多频响应等；双管结构可以采用与单管相同的斯特劳哈尔数进行涡激振动预报；此外，悬垂双管与悬垂单管在横向流动方向上的附加质量系数存在显著差异，其主要起到调节固有湿频率的作用，以使得双管发生涡激振动共振。

关键词：悬垂管涡激振动涡激力模型试验

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浮式联排光伏动力响应及其连接件特性研究

海洋工程 2024年

作者：达邵炜付世晓许玉旺李德江宋斌上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院极地深海技术研究院烟台中集来福士海洋科技集团有限公司高新船舶与深海开发装备协同创新中心上海交通大学海洋工程国家重点实验室

我国海岸线绵长，海上光伏可装机规模巨大，海上浮式光伏平台正在被广泛关注。为了发挥规模优势及经济效益，其通常被设计为联排形式。针对浮式联排光伏平台开展了系统性的数值分析，研究了刚性和柔性两种连接件设计型式。针对刚性连接... 详细信息

我国海岸线绵长，海上光伏可装机规模巨大，海上浮式光伏平台正在被广泛关注。为了发挥规模优势及经济效益，其通常被设计为联排形式。针对浮式联排光伏平台开展了系统性的数值分析，研究了刚性和柔性两种连接件设计型式。针对刚性连接件，研究释放不同转角约束下浮体运动响应以及连接件受力情况；对于柔性连接件，考察了拉伸刚度对于整个光伏系统力学性能的影响规律。此外，研究了不同环境载荷组合下的多浮体响应特性以及连接件承载能力。研究结果表明，刚性连接件转角约束可有效限制浮体纵荡、纵摇运动，柔性缆绳拉伸刚度在一定范围内影响浮体纵荡响应特性；在两种连接方案下，连接件载荷响应与环境载荷组合有关，光伏系统内外侧连接件分别呈现不同承载力特性。

关键词：浮式联排光伏连接器特性刚性约束方式柔性缆绳拉伸刚度多浮体运动响应

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楔形物作用下加筋板结构的耐撞性

上海交通大学学报 2024年第7期58卷 1057-1066页

作者：陈虹廷赵延杰周红雨王德禹上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 上海交通大学海洋装备研究院上海200240 中国船舶科学研究中心江苏无锡214082 深海技术科学太湖实验室江苏无锡214082

为了预报楔形物偏心垂向准静态压载作用下船舶加筋板结构的抵抗能力,提出了新的简化解析方法,将矩形板的塑性变形区域划分为非对称的8个板块,将骨材划分为非对称的2个部分,矩形板、骨材各部分均采用直线的变形模式,从船舶碰撞内部动力... 详细信息

为了预报楔形物偏心垂向准静态压载作用下船舶加筋板结构的抵抗能力,提出了新的简化解析方法,将矩形板的塑性变形区域划分为非对称的8个板块,将骨材划分为非对称的2个部分,矩形板、骨材各部分均采用直线的变形模式,从船舶碰撞内部动力学的角度,基于刚塑性理论,考虑膜拉伸作用和弯曲作用,推导了矩形板、骨材在楔形物偏心垂向作用下发生变形损伤的抵抗力与横向变形之间的简化解析计算方法.利用非线性有限元软件Abaqus的仿真计算结果对该简化解析方法进行验证.结果表明,该简化解析方法具有较高的计算精度,从而可用于船体结构设计阶段快速预报船舶舷侧结构的耐撞性能.

关键词：结构耐撞性楔形物加筋板简化解析方法

南极冰间湖浮游植物生物量和生物生产力时空特征及影响因素研究进展

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极地研究 2024年第2期36卷 266-285页

作者：江宁张召儒上海交通大学海洋学院上海200240 自然资源部极地科学重点实验室中国极地研究中心(中国极地研究所)上海200136

南极冰间湖在气候变化中和生态系统环境中扮演着重要角色。本文通过回顾南极罗斯海、阿蒙森海、松岛和默茨等4个冰间湖浮游植物生物量和生产力的时空分布特征和变化规律、物理环境参数和气候模态对冰间湖中叶绿素a和浮游植物水华开始及... 详细信息

南极冰间湖在气候变化中和生态系统环境中扮演着重要角色。本文通过回顾南极罗斯海、阿蒙森海、松岛和默茨等4个冰间湖浮游植物生物量和生产力的时空分布特征和变化规律、物理环境参数和气候模态对冰间湖中叶绿素a和浮游植物水华开始及持续时间的影响,得出以下几点结论:(1)罗斯海冰间湖是南极近海生物生产力最高的区域,占南大洋总生产力的28%;阿蒙森海和松岛冰间湖在37个南极冰间湖生态系统中单位面积的生产力最高;默茨冰间湖浮游植物生物量年际变化明显。(2)海冰密集度、风速和云量等物理参数与浮游植物生物量变化密切相关,其相关关系的季节性和地域特征明显。海冰密集度主要通过改变冰间湖开放水域的面积来影响可到达海表的光合有效辐射;风速通过影响水体的垂直混合强度来改变营养盐及浮游植物的垂向输运;云量对冰间湖生态系统的影响是可见光强度及紫外线辐射量之间平衡的结果。(3)在部分冰间湖,浮游植物生物量的年际变化同调控南半球高纬度气候的主要模态,如南半球环状模和半年振荡等存在显著相关性。未来工作可结合长期卫星遥感观测、现场观测和数值模拟,进一步开展气候模态对冰间湖浮游植物生物量年际变化的物理-生态耦合机制、冰间湖生态系统生产力各个尺度变异规律和机制等的深入探究,从而更好地认知极地关键海区的生物地球化学循环过程及其气候效应。

关键词：南极冰间湖浮游植物生物量时空特征环境变量气候模态

基于图形处理器的水下目标传递函数多频点处理方法

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舰船科学技术 2024年第14期46卷 153-157页

作者：钱浩然王斌上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院上海200240 上海交通大学三亚崖州湾深海科技研究院海南三亚572024

为了提高水下目标宽带回波的计算速度,本文提出一种基于图形处理器GPU的散射传递函数多频点快速计算解决方案。相较于传统算法中逐个频率点计算的方式,CUDA快速算法充分利用各频点处目标强度的相对独立性,基于GPU的硬件特点,同时计算宽... 详细信息

为了提高水下目标宽带回波的计算速度,本文提出一种基于图形处理器GPU的散射传递函数多频点快速计算解决方案。相较于传统算法中逐个频率点计算的方式,CUDA快速算法充分利用各频点处目标强度的相对独立性,基于GPU的硬件特点,同时计算宽带内的散射声场,从而显著提高了计算效率。本文以潜航器模型为算例,对不同网格数量下模型的目标散射传递函数计算速度进行对比分析。仿真结果表明,相较于传统的CPU串行计算,采用CUDA快速算法能够实现超过80的加速比,有效提高了计算速度。

关键词：板块元方法图像处理器计算统一设备架构并行计算

执行器饱和情况下的动力定位船自适应轨迹跟踪控制

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舰船科学技术 2024年第16期46卷 43-50页

作者：范锦宇唐利纲王磊王一听上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 上海交通大学三亚崖州湾深海科技研究院海南三亚572000

本文研究了在环境扰动和执行器饱和影响下,受到状态约束的动力定位(Dynamic Positioning, DP)船的轨迹跟踪问题。首先,针对未知环境扰动的影响,构造了一种基于积分滑模和固定时间控制的连续固定时间扰动观测器(Fixed-time Disturbance O... 详细信息

本文研究了在环境扰动和执行器饱和影响下,受到状态约束的动力定位(Dynamic Positioning, DP)船的轨迹跟踪问题。首先,针对未知环境扰动的影响,构造了一种基于积分滑模和固定时间控制的连续固定时间扰动观测器(Fixed-time Disturbance Observer, FTDO)。其次,采用带辅助变量的抗饱和补偿器来处理指令控制力和实际控制力之间不一致的问题。再次,基于tan型障碍李雅普诺夫函数(Barrier Lyapunov Function, BLF)和神经网络(Radial Basis Function Neural Network, RBFNN)开发了一种具有状态约束的自适应控制律来跟踪期望轨迹。最后,通过仿真验证了提出的DP船观测器和控制器的有效性。

关键词：动力定位自适应控制执行器饱和环境扰动

基于深度学习自编码器的X波段雷达二维波浪场实时重构方法研究

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水动力学研究与进展（A辑） 2024年第3期39卷 414-424页

作者：马子炜郭孝先卢文月李欣上海交通大学海洋工程国家重点实验室上海200240 上海交通大学三亚崖州湾深海科技研究院三亚572000

X波段波浪雷达是一种具有广阔应用前景的海洋环境检测技术。目前,利用X波段波浪雷达提取波浪参数的方法已较为成熟,但尚无法重构和反演实时波浪场。该文提出了一种基于卷积自编码器的深度学习方法,实现了对X波段波浪雷达图像的反演,可... 详细信息

X波段波浪雷达是一种具有广阔应用前景的海洋环境检测技术。目前,利用X波段波浪雷达提取波浪参数的方法已较为成熟,但尚无法重构和反演实时波浪场。该文提出了一种基于卷积自编码器的深度学习方法,实现了对X波段波浪雷达图像的反演,可以得到二维实时波浪场。该方法对5.5 m≤HS≤8.5 m,3.5√H_(S)≤T_(P)≤4.8√H_(S)(H_(S)为有义波高,T_(P)为谱峰周期)的JONSWAP谱波浪场进行反演的误差在7%以内,对含有噪声干扰的雷达图像和部分区域遮挡的雷达图像具有良好的恢复能力,展现出该方法对X波段波浪雷达图像反演二维波浪场的重要意义。

关键词： X波段波浪雷达波浪场反演卷积自编码器深度学习

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