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基于CAS法的核电工程异形水箱分布质量计算模型

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工程力学 2024年第2期41卷 160-170,193页

作者：李建波杨波李志远丁志新大连理工大学海岸及近海工程国家重点实验室大连116024 大连理工大学建设工程学部水利工程学院工程抗震研究所大连116024 中广核工程有限公司核电安全监控技术与装备国家重点实验室深圳518172

对于形状复杂的大型核电工程储液结构,Housner弹簧-质量模型适用性较差,基于有限元法的流-固耦合数值分析模型复杂、计算和存储量大,难以满足工程设计要求。该文基于声学-结构耦合法(CAS)提出了一种兼顾精度和效率的分布质量模型,通过... 详细信息

对于形状复杂的大型核电工程储液结构,Housner弹簧-质量模型适用性较差,基于有限元法的流-固耦合数值分析模型复杂、计算和存储量大,难以满足工程设计要求。该文基于声学-结构耦合法(CAS)提出了一种兼顾精度和效率的分布质量模型,通过理论推导从CAS计算结果中剥离得到的器壁动水压强脉冲分量,进而提出器壁单元各节点位置的分布式脉冲附加质量计算公式,精确地考虑了储液容器的形状对液体晃动的影响,同时实现了流-固耦合分析的解耦,有效解决了复杂大型核电工程储液结构的动力分析的难题。以矩形刚性水箱为例,将该文模型的结果与Housner分布模型比较,验证了该模型的合理性和可靠性。针对顶部具有复杂形状水箱的AP1000安全壳结构进行地震动分析,将该文模型与精细的流-固耦合模型进行比较,结果显示:两种模型计算结果吻合性好,该文模型前处理简便且在计算时间效率具有明显优势。该文模型可为核电工程考虑结构-地基、流-固耦合的多因素耦合高效分析奠定基础。

关键词：分布质量模型声学-结构耦合法流-固耦合抗震分析解耦分析

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基于船基图像的北极冰面融池形态研究

冰川冻土 2024年第2期46卷 502-512页

作者：邵华伟周嘉儒王庆凯张航卢鹏李志军大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024

基于中国第12次北极科学考察期间获取的船侧倾斜拍摄海冰图像,研究了北极冰面融池大小和形态参数的空间分布及统计特征。应用自动检测算法将图像划分为水、冰、融池三种表面类别,经倾斜校正后计算每种类别的面积分数及单个融池的大小和... 详细信息

基于中国第12次北极科学考察期间获取的船侧倾斜拍摄海冰图像,研究了北极冰面融池大小和形态参数的空间分布及统计特征。应用自动检测算法将图像划分为水、冰、融池三种表面类别,经倾斜校正后计算每种类别的面积分数及单个融池的大小和形态。结果显示,融池的面积分数随纬度升高先增大后减小,较短的融化时间和较早的再冻结导致高纬度地区融池面积分数一直较低。融池的面积、周长和平均钳测直径随纬度升高具有相似变化规律,均为先增大后减小。不同大小融池面积的频率分布与幂律函数相吻合,对应指数均在1.4~1.8范围内,具有一定相似性。融池的分形维数随纬度升高分布较均匀,而周长与面积比值随纬度变化较大。不同纬度融池边缘凸度与圆形的对应值π相差较大,而各纬度融池圆度平均值为2.39±0.23;融池圆度和凸度与其面积成正比,周长与面积比值则与融池面积成反比,表明融池边缘随着融池面积增加而变得更长更曲折。冰面融池变化引起的平均海表反照率空间差异较大,随着纬度升高在0.24~0.67之间变化,变化率为0.10(°N)^(-1)。本文研究的融池大小和形态参数可为融池演变模拟及遥感反演算法改进提供重要观测依据和地面验证。

关键词：融池形态参数船基图像空间分布北极海冰

基于向量地震动强度指标的海底沉管隧道地震易损性分析

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应用基础与工程科学学报 2024年第4期32卷 1154-1169页

作者：石淑慧范书立上海勘测设计研究院有限公司上海200335 大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室辽宁大连116024

为了合理评估海底沉管隧道的抗震性能,基于向量地震动强度指标进行了地震易损性分析,建立了以最大层间位移角和能量比为损伤性能指标的沉管隧道地震易损性曲面.以港珠澳沉管隧道为研究对象,根据地震动强度指标的评价特性(有效性、实用... 详细信息

为了合理评估海底沉管隧道的抗震性能,基于向量地震动强度指标进行了地震易损性分析,建立了以最大层间位移角和能量比为损伤性能指标的沉管隧道地震易损性曲面.以港珠澳沉管隧道为研究对象,根据地震动强度指标的评价特性(有效性、实用性和效益性)对4个典型的地震动强度指标进行了综合评价,并选取地面峰值加速度和结构基本周期谱加速度作为向量地震动强度指标(IM).考虑地震动的不确定性,对沉管隧道进行了增量动力分析,采用回归分析方法获得了概率地震需求模型,进而构建了不同损伤性能指标的沉管隧道地震易损性曲面,并对向量IM和标量IM的沉管隧道地震易损性分析效率进行了比较分析.研究结果表明:基于向量IM进行地震易损性分析,可以合理地反映两个地震动强度指标对沉管隧道失效概率的影响;基于向量IM进行地震易损性分析的效率更高,向量IM能更好地降低沉管隧道响应预测的离散度,提高沉管隧道抗震性能预测的精度.

关键词：沉管隧道地震易损性分析增量动力分析损伤性能指标向量IM

液化土中管道随机地震响应分析与可靠度评价研究

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岩土工程学报 2024年第1期46卷 81-89页

作者：徐斌陈柯好王星亮庞锐大连理工大学建设工程学部水利工程学院辽宁大连116024 海岸和近海工程国家重点室验室(大连理工大学) 辽宁大连116024

地震作用下饱和砂土液化会导致埋地管道上浮,引起系统功能失效。为探究液化场地中埋地管道的地震响应和可靠度水平,充分考虑地震动的随机性和非平稳性,提出了基于概率密度演化法和等价极值分布的概率分析方法,从超孔隙水压力、加速度和... 详细信息

地震作用下饱和砂土液化会导致埋地管道上浮,引起系统功能失效。为探究液化场地中埋地管道的地震响应和可靠度水平,充分考虑地震动的随机性和非平稳性,提出了基于概率密度演化法和等价极值分布的概率分析方法,从超孔隙水压力、加速度和结构位移变形三方面对埋地管道进行随机动力分析和可靠度评价。结果表明:地震动的随机性对埋地管道的动力响应有显著影响,传统的确定性分析方法可能会低估管道的地震响应,提出的分析方法能较全面地研究管道的上浮机理和可靠度水平;地震作用下,孔隙水压力上升,导致土壤有效应力下降,进而发生土壤液化是管道上浮的主要原因;两侧土壤向管道底部的挤压和指向管底的渗流压力进一步加剧了管道的抬升。最后,基于成灾机理研究了U型碎石排水对埋地管道的减灾效果和机理。提出的随机概率分析方法,可以对管道的上浮机理和可靠度做出较为准确的分析。

关键词：液化土埋地管道随机地震概率分析上浮机理

吸力锚贯入引发的浅层水合物解离和储层孔隙压力再分布研究

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中国造船 2024年第3期65卷 197-204页

作者：韩树鑫邓学晶李望晨于龙管龙飞中国石油大学(华东)储运与建筑工程学院青岛266580 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室大连116024

采用多物理场耦合数值模拟方法,分析了深水吸力锚安装引起的海洋水合物解离和储层孔隙压力的变化。研究表明:吸力锚的安装负压导致储层孔隙压力降低,进而诱发水合物解离;最初波及的浅层水合物解离速率最大;水合物解离产生的大量气体使... 详细信息

采用多物理场耦合数值模拟方法,分析了深水吸力锚安装引起的海洋水合物解离和储层孔隙压力的变化。研究表明:吸力锚的安装负压导致储层孔隙压力降低,进而诱发水合物解离;最初波及的浅层水合物解离速率最大;水合物解离产生的大量气体使储层孔隙压力下降缓慢,造成安装负压损失;随着安装负压波及区域的增大,水合物解离范围从浅层向深层逐渐扩大。

关键词：吸力锚负压安装水合物解离压力分布多场耦合

区域尺度地埋管地源热泵与能源地下结构开采浅层地热能评价综述

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岩土力学 2024年第5期45卷 1265-1283页

作者：孔纲强常洪林王天赐杨庆河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210098 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024

随着浅层地热能的大规模开发利用,针对地埋管地源热泵和能源地下结构的研究正由单个、单体尺度逐渐转向区域尺度。相较于地埋管地源热泵,能源地下结构占地面积小、成本低,在大规模城市建设及地下空间开发中具有良好的优势。从热物性参... 详细信息

随着浅层地热能的大规模开发利用,针对地埋管地源热泵和能源地下结构的研究正由单个、单体尺度逐渐转向区域尺度。相较于地埋管地源热泵,能源地下结构占地面积小、成本低,在大规模城市建设及地下空间开发中具有良好的优势。从热物性参数和地下城市热岛效应两方面总结浅层地热能理论潜力现有研究成果,简述浅层地热能的开发形式,重点针对区域尺度地埋管地源热泵与能源地下结构的适应性评价进行系统综述,从适宜性分区、热交换潜力、满足建筑物能源需求效果三方面建立相应的区域尺度能源地下结构评价体系,以我国山东临朐县和德国巴登-符腾堡州地埋管地源热泵及我国南京大学仙林校区能量桩的区域性研究为案例进行深入分析,归纳当前研究中存在的问题,并对区域尺度能源地下结构的下一步研究进行展望。

关键词：地埋管地源热泵能源地下结构浅层地热能区域尺度评价

考虑系泊点深度的单点系泊系统锚桩水平承载性能理论分析

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岩土力学 2024年第5期45卷 1356-1364页

作者：董恒年孔纲强周杨杨庆河海大学岩土力学与堤坝工程教育部重点实验室江苏南京210098 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室大连辽宁116024

单点系泊系统因其克服恶劣海况的优越性成为我国海洋石油开发的重要系泊形式。然而,水下单点系泊系统锚桩-土体相互作用机制尚不清楚,尤其缺少考虑系泊点深度的水平承载性能计算方法。基于复合地基反力法,建立水平荷载下单点系泊系统锚... 详细信息

单点系泊系统因其克服恶劣海况的优越性成为我国海洋石油开发的重要系泊形式。然而,水下单点系泊系统锚桩-土体相互作用机制尚不清楚,尤其缺少考虑系泊点深度的水平承载性能计算方法。基于复合地基反力法,建立水平荷载下单点系泊系统锚桩的挠曲控制方程和边界条件,并编制相关计算程序;通过迭代法求解,获得不同系泊点位置下的锚桩荷载-位移曲线以及桩身位移、弯矩沿桩身的分布规律曲线;通过与数值模拟和既有离心模型试验结果的对比分析,验证了其准确性和可靠性;继而考虑系泊点深度对锚桩水平承载力的影响,进行参数分析,给出了最优系泊点深度取值范围。分析结果表明,增加系泊点深度可以显著减小锚桩的水平位移及弯矩最大值,从而提高锚桩的水平极限承载力。

关键词：单点系泊系统锚桩水平承载力理论分析

考虑微裂纹随机分布的堆石颗粒准静态强度统计模型

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岩土力学 2024年第5期45卷 1378-1387页

作者：闫世豪迟世春王晋伟郭宇周新杰大连理工大学海岸与近海工程国家重点实验室辽宁大连116024 大连理工大学建设工程学院工程抗震研究所辽宁大连116024 山西大学电力与建筑学院山西太原030031

材料内部裂纹尺寸、形状、转向和空间位置的随机分布对其强度有直接的影响。为了研究地震准静态荷载作用下堆石颗粒强度与尺寸和应变率的统计关系,在最弱链理论的框架下假设颗粒内部裂纹的尺寸和空间位置均服从幂律分布,建立了由颗粒累... 详细信息

材料内部裂纹尺寸、形状、转向和空间位置的随机分布对其强度有直接的影响。为了研究地震准静态荷载作用下堆石颗粒强度与尺寸和应变率的统计关系,在最弱链理论的框架下假设颗粒内部裂纹的尺寸和空间位置均服从幂律分布,建立了由颗粒累积破坏概率和体积构成的复合参数与强度的关系。从微观角度应变率效应提高了内部裂纹的强度,降低了单位体积的失效概率,同时使裂纹的空间位置分布更稀疏,减弱了颗粒强度的尺寸效应。不同加载速率的颗粒破碎试验结果表明:随着加载速率的增大,存在逐渐减小的空间分布幂指数使颗粒复合参数汇集在由最弱链统计模型决定的主曲线上。

关键词：颗粒强度尺寸效应应变率效应统计模型

不规则波作用下岸基式振荡水柱波能装置的水动力性能研究

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海洋学报 2024年第1期46卷 101-110页

作者：傅磊宁德志王荣泉 Robert Mayon 大连理工大学海岸和近海工程国家重点实验室辽宁大连116024 大连理工大学大连市海洋可再生能源重点实验室辽宁大连116024

为了研究真实海域中振荡水柱(OWC)波能转换装置的水动力性能,本文基于势流理论和高阶边界元方法,建立了不规则波与岸基式OWC波能装置相互作用的二维非线性数值模型,不规则波基于JONSWAP谱生成。为了考虑由于水体黏性引起的能量耗散,在... 详细信息

为了研究真实海域中振荡水柱(OWC)波能转换装置的水动力性能,本文基于势流理论和高阶边界元方法,建立了不规则波与岸基式OWC波能装置相互作用的二维非线性数值模型,不规则波基于JONSWAP谱生成。为了考虑由于水体黏性引起的能量耗散,在气室内水面边界条件中引入人工黏性阻尼。并在大连理工大学波流水槽中开展了物理模型试验,对数值模型的有效性进行了验证。研究发现,在不规则波作用下,OWC波能装置的水动力效率相较于规则波作用下有所降低,特别是在低频波区域效率差值最大。与规则波相比,不规则波浪作用下装置峰值效率对应的频率变大。气室内的相对水面高程随着有效波高的增加而降低,而气室内相对气压则随有效波高的增加而增大。OWC波能装置的水动力效率受有效波高的影响较小,其峰值效率对应的频率不受波浪非线性的影响。本文可以为OWC波能装置的设计提供参考。

关键词：振荡水柱波能转换装置不规则波高阶边界元波浪非线性