海洋工程中的力学问题

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1、中国科学基金年海洋工程中的力学问题林同骥浦群中国科学院力学研究所“”“”、摘要〕本文概述七五国家自然科学基金重大项目海洋工程中的力学问题的社会工程背景和学科特点,并扼要介绍个子课题的主要研究成果。一、引言人口、资源和环境是当今世界各国面临的三大基本问题。人们已经预见到陆地承载人类的,,生存能力总有一天将出现超负荷状态而辽阔的海洋蕴藏着丰富的资源可以为人类生存繁衍提供极大的物质基础。海洋是一个兰色的宝库。据预测,本世纪末海洋石油产量占世界石油总产量的比例将从目,、、,前的上升到左右此外海洋还有波浪能潮汐能丰富的

2、生物和矿物资源还可建设海底隧道、海底油库、海上机场、海上城市等等,开发前景十分广阔。但海洋的开发和利用与一。,个国家经济发展程度关系密切与人类在世纪向空间的探索和开发相仿未来的世纪必将是开发海洋的新世纪。、,,。我国海岸线漫长海域辽阔拥有万平方公里的大陆架有着丰富的油气资源近期以开发,海洋油气资源为目标的海洋工程的发展必将推动有关的学科发展和技术进步并培养人,为我。才和积累经验国在下世纪更大规模开发海洋奠定基础,,、、、、海洋工程与空间工程一样是一门综合性很强的科学它涉及环境物性载荷动力响应。,、、、安全评价

3、及有关技术等各方面的问题就学科论海洋工程与土木工程机械工程流体力学海洋动力学、大气边界层、地震力学、断裂力学、结构稳定、土力学、计算和应用数学、实验技术等等密切相关。由于离岸工程长期经受风、浪、流、冰、地震等藕合作用的严峻环境,它使原先的学科面临着一些棘手的间题,同时也提出了原有学科中没有考虑到的新问题。海洋工程力学是,、、近二三十年发展起来的新兴学科其内容包括海洋工程流体力学海洋工程结构力学海洋土力学以及它们之间的交叉和藕合问题。“”“”国家自然科学基金七五一年重大项目海洋工程中的力学问题是以海洋,、、、油

4、气资源的开发工程为背景研究各种海洋工程结构及其地基在波浪海流海冰地震藕合作用的严峻,,环境下的载荷及其响应分析海洋工程结构失效乃至破坏的原因与机理为我国自行经济、安全地设计建造海洋平台和有效地进行油气生产提供科学依据,并推动与海洋工程有关。“”“”学科的发展本重大项目是在国家科委新技术局六五重大项目工程中的力学问题的一个“”。,部分海洋工程力学问题的基础上进行的结合我国国情针对海洋平台设计中的关键问—本文。于年月日收到第期林同骥等海洋工程中的力学问题题,把研究划分为海洋流体力学、海洋结构力学和海洋土力学三大部

5、分共个子课题。在学术、“”,上以跟踪世界研究动向赶超世界先进水平为目标在六五期间以研究线性问题为主而本重大项目则向考虑祸合作用和非线性发展。对研究工作的安排采取近期与远期相结合,以使部分研究成果能较快应用于工程实际。二、研究概况和主要成果本项目由中科院力学所、大连理工大学、清华大学、北京大学、上海交通大学、南京东南大学、天津大学、同济大学、南京水科所、华中理工大学、国家地震局哈尔滨工程力学所、中国船舶总公司研究所等个单位,,,承担共有名科技人员参与了研究工作实现了预期目标,部分内容超过预定指标于年月通过了国家

6、自然科学基金委员会组织的重大项目验收。,,鉴定从总体上讲项目的研究水平与国际上现有的研究水平相当部分研究内容达到国际先。、、进水平一些成果已应用于渤海石油开发工程蛇口散装码头设计南海海底管线铺设前期研,。究有的成果已为交通部港口工程技术规范所采用在国内外有影响的刊物上共发表论文,,、。、篇在国内外学术会议上交流论文篇完成中英文专著册获部委级二等奖项三等奖项、四等奖两项。培养博士后名、博士生名、硕士生名。为国家海洋工程力学的、。研究和发展锻炼培养了队伍打下了坚实的基础以下分别介绍个子课题的主要研究成果海洋环境海

7、洋环境是一切海工结构设计的重要基础资料。该课题主要研究海洋环境中波、流和风在不同海域、不同季节的演化和运动规律以及地形、海流和风联合作用下非线性水波动力学过程。我们用摄动法导出了在剪切流、密度分层和地形联合影响的复杂条件下孤立波演化的方,,。程用解析方法得到波流参数和环境参数的显式关系国外尚未见到同类工作对中等陡度岸,坡椭圆余弦波的爬高和反射的研究取得了弱非线性的解析解提出了浅水长波在水流和缓变地形组合条件下演化的二维理论和数值方法。,,对水流和地形组合作用下波谱变形的研究国外着重于采用波能守恒分析我们则采用

8、波,,。作用量守恒方程在理论和方法上优于国外同行研究成果已为交通部有关规范采纳波浪破,,碎是目前国际上尚无统一认识的难题我们在大量实验和理论研究基础上提出了适用于纯波和波流共存条件的波破的极限波陡指标。对,风生浪机制和实用预报方法的研究从理论上提出了湍流在不规则界面上合理的动量输运边界条件,使风浪增长率的数值预测大为改善。提供了第二代和考虑波波非线性相互作用,,的第三代风浪预报业务系统经国家海洋环境