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船舶与海洋结构物设计制造论文范文参考 船舶与海洋结构物设计制造毕业论文范文[精选]有关写作资料

主题:船舶与海洋结构物设计制造 下载地址:论文doc下载 原创作者:原创作者未知 评分:9.0分 更新时间: 2024-03-15

船舶与海洋结构物设计制造论文范文

论文

目录

  1. 第一篇船舶与海洋结构物设计制造论文范文参考:船舶与海洋结构物阴极保护电位数值仿真与优化设计
  2. 第二篇船舶与海洋结构物设计制造论文样文:船舶兴波与浮体运动的非线性现象研究
  3. 第三篇船舶与海洋结构物设计制造论文范文模板:复杂结构物遇水砰击的水动力响应研究
  4. 第四篇船舶与海洋结构物设计制造论文范例:船海工程设计中的博弈分析法研究与应用
  5. 第五篇船舶与海洋结构物设计制造论文范文格式:多学科设计优化技术在深水半潜式钻井平台概念设计中的应用研究

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第一篇船舶与海洋结构物设计制造论文范文参考:船舶与海洋结构物阴极保护电位数值仿真与优化设计

随着我国船舶工业的迅速发展,船舶与海洋结构物日渐趋于大型化和复杂化,这对阴极保护系统的防护有效性也提出了更高的要求.因而寻求实用有效的船舶与海洋结构物阴极保护电位预报与优化设计方法对船舶与海洋工程的发展具有重要意义.

在传统的阴极保护工程设计中,大多采用实际测量或经验估计来获得保护电位分布.实际测量虽然直观、可靠性高,但由于时空、环境等因素的限制往往施工困难,费用昂贵,依靠经验估计也在某种程度上不能保证结果的准确性.近年来计算机的出现和数值仿真技术的兴起,为科学预报、评估和优化船舶与海洋结构物阴极保护系统提供了全新的技术手段.数值仿真方法具有快捷、经济、获得数据全面、结果直观等优点,因此本文研究船舶与海洋结构物的阴极保护电位数值仿真和优化设计具有重要的理论意义和工程实用价值.

本文首先研究了应用传统公式进行船舶与海洋结构物阴极保护方案的初步设计方法.根据船舶与海洋结构物结构特点、营运环境和材料的电化学特性,选取阴极保护方法和主要设计参数——保护电位和保护电流密度,由结构图纸或计算公式得出保护面积,进而确定辅助阳极或牺牲阳极的类型和数量,最终得出满足腐蚀防护目标要求的阴极保护初步方案.为后续章节的阴极保护电位数值仿真和优化设计奠定基础.

本文采用三维边界元方法求解阴极保护数学模型,通过引入分段拟线性化方法处理边界条件的非线性问题,建立线性方程组并求解,最终应用FORTRAN语言实现自主开发阴极保护电位数值仿真软件.该软件克服了以往商业软件中存在的仿真模型建立方式唯一和模型不具有通用性的缺陷,仿真结果输出形式多样,可对多种阴极保护方法的保护电位进行数值仿真,便于操作和工程实际应用.通过将软件计算结果与实验值比较,验证了软件计算方法的可行性和计算结果的准确性.应用该软件对本文设计的9200TEU集装箱船外加电流阴极保护系统和400ft自升式钻井平台牺牲阳极阴极保护系统的保护电位进行仿真预报,可得出详细准确全面的电位分布计算结果.本文根据工程实际应用经验,提出仿真计算的建模流程和边界条件设定方法.在9200TEU集装箱船外加电流阴极保护电位仿真过程中,采用在极化曲线中保持电位不变,改变电流密度的方法实现模拟涂层破损率.在400ft自升式钻井平台牺牲阳极阴极保护电位仿真过程中,采用分块边界元方法解决计算中电解质不一致问题,提出分区域建模方法解决电解质不连续问题,通过将模型整体电位分布计算中获得的内面电位值作为边界条件加载到计算结构相贯区域电位分布模型中相对应的内面节点上,得到自升式平台复杂节点保护电位分布.分析计算结果得出:400ft自升式钻井平台牺牲阳极阴极保护初步方案合理可行,9200TEU集装箱船外加电流阴极保护初步方案还需进行优化.

鉴于大型船舶根据计算公式设计外加电流阴极保护方案时在细节方面易存在不足,导致部分区域出现保护不足和过保护,本文分别以保护电位均匀分布和阳极输出电流最小为优化目标,以阳极输出电流为优化参数,将模拟退火算法与边界元方法相结合,编写阴极保护优化设计软件.通过控制冷却进度表,该软件实现了优化过程可控.通过将船舶优化后保护电位分布与优化前对比,分析得出应用本文的优化方法可提高阴极保护电位分布的均匀性和保护方案的经济性,降低析氢反应概率,应用该方法所编写的软件具有较高的优化效率.

第二篇船舶与海洋结构物设计制造论文样文:船舶兴波与浮体运动的非线性现象研究

在船舶与海洋工程水动力学领域,数值模拟技术与物理模型试验相结合的方法已经成为船舶与海洋结构物设计与优化的有效手段.而国内缺乏自主开发的、实用的,能用于船舶在静水中兴波、波浪中运动以及海洋平台与锚泊系统耦合作用等非线性水动力学问题预报的方法和软件,相关研究与工程应用也相对滞后,为切实掌握船型优化与海洋平台水动力预报的核心技术与方法,亟需研发具有我国自控核心技术的非线性兴波阻力及浮体非线性运动的数值预报方法及相应的工程应用软件系统.


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本文以Rankine源面元法作为基础,系统地建立了用于求解船舶在静水中兴波、波浪中运动以及海洋平台与锚泊系统耦合作用等非线性水动力学问题的数值模拟方法.在此基础上,开展了较为系统的数值模拟和验证研究.

第一,为保证所建立方法的实用性,同步开展了前处理系统的研发,使用三次非均匀B样条函数建立了快捷、高效的船体面元划分方法,此外,还开发了前处理系统与船舶设计软件的接口,实现了船舶设计与水动力分析的一体化.

第二,论文利用Rankine源面元法建立了非线性兴波数值模拟方法,采用迭代的方式来满足非线性自由面条件,在迭代中考虑了真实的船体湿表面,并通过自由面面元适度升高和配置点前移较好地解决了数值方法中的数值稳定性和辐射条件.通过两条实用船型的计算来验证本文所开发的非线性兴波数值方法的有效性,计算与试验结果吻合良好,计算结果较线性方法明显改善.进一步利用该方法对两条实用船型开展了线型优化研究,试验验证表明,本文方法能很好地判断船型优化的趋势,特别适合中等方形系数中高速船的船型优化.

第三,还进行了以兴波数值方法的计算结果作为初始值用以提高RANS方法计算效率的研究,探讨其对RANS求解器计算速度的影响.通过两条实用船型的计算表明,采用兴波数值结果作为初值可使RANS求解器的计算时间缩短40%-50%,大大提高了RANS方法的计算效率.

第四,进一步在Rankine源面元法的基础上,建立了航行船舶在波浪中线性、非线性运动的时域预报方法,该方法可预报船舶在顶浪、斜浪、长峰以及短峰不规则波等海况下的运动.系统计算验证表明,非线性时域预报方法的预报结果较切片法、线性时域法更接近试验结果.

第五,对Rankine源面元法进行了拓展,结合弹簧模型和悬链线方程,建立了海洋平台与系泊系统的直接时域耦合分析法.通过对弹簧作用下的SPAR运动计算与试验结果的比较表明,时域Rankine源面元法能较好地获得SPAR平台的传递函数,而平台与系泊系统的直接时域耦合分析表明,由于非线性时域运动预报方法能计入了部分二阶力的影响,其计算结果更接近实际情况.

第三篇船舶与海洋结构物设计制造论文范文模板:复杂结构物遇水砰击的水动力响应研究

随着全球海洋平台作业、港口码头工程与桥梁工程等日益增多,各种结构物坠落事件时有发生,如何有效分析各种复杂海洋结构物在空中一定高度坠落砰击入水对水域的动力影响,进而分析砰击对周遭水域内海洋结构物——如过往船舶、周边作业平台和浮吊船等是否会带来二次破坏作用,是个摆在科研设计与工程施工部门面前亟需解决的课题.对结构物砰击入水问题进行真实、全面的研究,分析该类砰击对受砰击水体所产生的动力响应,对准确评估砰击对周遭水域内结构物的二次破坏作用起到至为关键的作用,因此引起了越来越多科研人员的关注与重视.

结构物在空中一定高度坠落砰击入水的过程,是个较新的砰击课题,与传统砰击课题相比,其主要研究内容不是研究结构物本身因砰击带来的荷载响应,而是研究砰击引起的受砰击水体的动力响应.鉴于结构物坠落砰击入水问题的复杂性,有些理论机理尚不成熟,物模试验又容易受到试验成本、试验场地等诸多条件限制,较难真实、全面地呈现各种自然环境背景.因此,本文通过对现有砰击理论进行分析与消化,剖解其中的物理机理与现象,结合相关物模研究成果,借助数值研究手段,对复杂三维海洋结构物,在各种真实自然环境和不同初始姿态下的坠落砰击入水问题进行了研究,主要研究内容与结论如下:

1.建立了任意姿态的三维海洋结构物在风、浪、流复杂环境下刚体-空气-水体三者相互作用的坠落砰击兴波数学模型.通过深入分析结构物坠落砰击过程中的气体、液体、固体三者耦合机理,针对三维海洋结构物的坠落砰击特点,以三维瞬态N-S方程为基础,采用标准k和重正化群RNG两种不同流体动力学方程,结合真实坠落的六自由度运动方程,以VOF模型来解决自由液面追踪问题,并根据边界层理论对结构物表面进行标准和非平衡的近壁处理,通过反复计算与试验,不断调整底层网格y取值来获取最优的y值,建立了复杂结构物在自然环境背景和任意初始姿态下砰击入水问题的数学模型.采用该模型对砰击过程进行计算,并与相同条件下的物模试验结果相互比较和验证,结果表明所建立模型较好解决了复杂模型砰击计算过程中出现的难以收敛、自由液面变化滞后和计算精度等问题,较好地模拟了砰击过程的局部涡旋、砰击射流和分离流等现象.

2.分析了受砰击水体因为砰击而引起的动力响应和流场变化规律.通过对砰击作用下的流场动力响应与变化规律进行分析发现:受砰击水体引起的扰动最剧烈时刻在砰击刚发生时刻;水体扰动最激烈的区域发生在结构物砰击面的边沿区域;结构物横侧面砰击与纵侧面砰击相比,引起的水体湍流扰动更大,但这种湍流扰动通过湍流小涡的形式而消耗掉了.

3.对空气垫与来风在海洋结构物空中坠落砰击过程中施加的影响进行了理论推导与机理分析,并分别对结构物在静风与来风天气下的空中坠落砰击入水过程进行了数值模拟,结果表明空气垫与来风对结构物的坠落砰击姿态和砰击速度皆有较大影响.通过结合求解能量方程,发现空气阻尼、空气垫在对结构物施加影响的同时,本身亦受到结构物的反作用而出现了轻微的温度升高现象;而在来风天气情况下,来风对空中坠落结构物产生一定程度的抬升效应,并对空气垫效应进行强化,进一步减缓坠落速度;对结构物而言,在砰击的正面,因空气垫的作用出现表面总体受力呈现中间高,边沿低的特点,但在动压方面却因为逃逸空气垫与飞溅现象的存在而出现中间近乎为0,边沿动压高的分布格局;同时因为来风使得结构物受力不均衡,在结构物的砰击面背面出现负压,在迎风向出现气流涡旋,导致结构物产生旋转,因此调整坠落砰击姿态,最终以之字形摆动坠落砰击入水,对后续砰击产生重要影响.

4.全面研究了不同风、浪、流等复杂自然环境下,结构物以不同初始姿态如或平移、或旋转坠落的砰击兴波问题.通过将各种自然环境因素和结构物初始姿态组合而成各种情况下的不同砰击背景,对其中的典型工况进行数值试验后发现,各种自然因素及结构物初始姿态对砰击兴波皆存在不同影响,其影响具有明显特征:风将减缓坠落速度,改变结构物砰击姿态与运动轨迹,从而改变砰击兴波的大小;来流使得受砰击水域上下游不对称,从而导致上游砰击兴波加大,下游砰击兴波减小;来浪使得结构物砰击不同的波面时兴*高不同,如砰击波峰处产生的兴*高与波节处的兴*高完全不同;结构物初始坠落姿态改变砰击速度的大小和方向,进而显著改变砰击兴波的大小和波向.

第四篇船舶与海洋结构物设计制造论文范例:船海工程设计中的博弈分析法研究与应用

信息时代,知识经济的飞速发展迅速深刻地改变着人类社会,以传统设计思想为指导的工程设计行为,已经不再能够完全满足现代设计与社会生产发展的要求,传统的设计过程向现代设计过程的转变将成为历史发展的必然.

船舶属于现代工业产品,在其设计过程中,存在大量无法避免的多目标优化问题.对于常规船舶设计,最为常用的设计方法是“母型改造法”,这种方法过分依赖于历史设计范例的数据收集,具有一定的局限性.在船海工程设计领域内,应用最为广泛的设计理念就是经典的“设计螺旋”思想.设计螺旋思想准确的反映了船舶设计过程中的一些基本原则,同时又默示了船舶设计是具有相继性的周期性迭代过程,而不是开放式的并行协作过程.

博弈分析法是基于博弈论的思想与基本原理而形成的一种解决工程多目标优化问题的方法,此方法融合了系统化思维与开放性的特点,通过运用博弈模型对问题进行分析和描述,讨论了一种分析问题的思维逻辑.针对传统船舶与海洋结构物设计思想和方法的不足与缺陷,本文从以下三个船舶与海洋工程中的设计问题入手,研究了博弈分析法在船海工程设计中的适用性.

船舶居住舱室的布置设计,是在一个确定面积的空间内放置若干家具、设备以满足居住舱室的各项要求.舱室布置设计可以抽象为一个多目标优化问题,舱室内每件家具或设备都有一个最优的布置位置,但在有限的空间内各个家具的位置选择之间又会产生几何冲突.本文针对这个问题提出了两种分析与解决方法:一种是加权和法,用此方法把各个优化目标赋以不同的权值,按照权值的轻重逐次进行分析,分别评估赋值,运用线性加权的思想把问题转化为单目标优化问题,将各个权重的优化目标分别组合计算其加权和值后进行方案比较优选;另一种方法运用博弈论的观点把问题描述为一个博弈模型,以家具或设备为基础定义若干布置单元为参与者,把家具对空间位置的选择定义为行动策略,把家具的功能实现与舒适性水平定义为收益.通过求解博弈的均衡,有效的解决了多目标优化问题.

船舶初步设计阶段具有包括多学科合作与多目标优化的复杂特性,本文针对船舶初步设计的特点,以学科专业为基础进行博弈模型的建立,开展博弈分析.将各个学科专业设计团队定义为参与者,设计目标为最终的期望收益,分析博弈到达均衡的过程就是各个设计团队合作完成设计方案的过程.当获得博弈均衡时,参与者在互动合作过程中的行动策略就是指导各个学科设计行为的具体方案.为了便于开展针对这个复杂模型的分析,本文给出“策略矩阵”式的描述分析方法,并利用矩阵的行列变换属性将复杂的模型分解为简单模型并逐步分析求解.同时,博弈分析的思想还被应用于多学科优化设计算法的研究中,在各个学科子系统分别进行优化的过程中,引入博弈的机制,形成了一种新的多学科优化设计算法.应用此方法能够实现船舶设计单个循环周期内的阶段性开放式并行设计过程.

自升式海洋钻井平台与船舶同属重要的海洋工程装备产品,但是平台的设计过程与船舶的设计过程不尽相同.平台设计的过程从构成平台的各个功能性子系统着手,逐步综合形成最后的设计方案.将博弈分析法运用于某钻井平台的方案设计过程,应用矩阵式博弈模型描述设计过程,通过子博弈分解把复杂问题逐步简化,进而明确各个子系统的设计约束,有效的规划设计行为,得到最终的设计方案.

最后,本文融合模块化设计和产品生命周期设计的思想,将博弈分析法进一步拓展应用于自升式海洋平台的全生命周期分析.将海洋平台这种复杂工业产品按照不同的服务功能性进行模块划分,并建立博弈模型,应用“策略矩阵”对设计过程进行分析.进而结合产品生命周期设计的思想与理念,在博弈模型中增加时间变量,将原来的博弈模型发展为即时博弈模型,使博弈分析法适用于产品生命周期全过程的各个阶段.

第五篇船舶与海洋结构物设计制造论文范文格式:多学科设计优化技术在深水半潜式钻井平台概念设计中的应用研究

我国南海深海海域油气资源丰富,号称“第二个波斯湾”.我国现已计划在南海海域进行海洋油气勘探开发.已有地质资料表明,南海大部分油气资源蕴藏在水深超过500米的海域.但是,我国海洋油气开发企业目前所拥有的钻井船和钻井平台,仅能在水深小于500米的海域进行钻井作业.因此,中国海洋石油总公司携手国内知名设计单位、船厂和高等院校,正在设计建造我国第一艘3000米水深半潜式钻井平台.国家有关部门对建造深水半潜式钻井平台给予鼎力支持,实施“十一五国家高技术研究发展计划”重大专项“3000米水深半潜式钻井平台关键技术研究”(课题编号:2006AA09A103).论文的研究内容是在该课题的子课题之一“深水半潜式钻井平台总体性能、定位技术及水池模型试验研究”支持下开展并完成的.此外,本文的部分研究工作也得到了上海市科委重大专项课题“深海单柱式平台关键动力特性的理论与实验研究”(课题编号:05DJ14001)的大力支持.

掌握新型深水半潜式钻井平台的设计技术具有重大的意义.目前我国船舶设计单位在新型海洋工程结构物的设计研究方面,与国外先进企业相比,仍然有较为明显的差距.出于短期经济利益的目的,采用直接购买国外设计图纸,或是由国外设计公司提供基本方案的方法,虽然可以满足工期的要求,但是需要花费大量的资金,并难以获得核心的设计方法和设计理念,而且在一定程度上压制了我国设计单位自主创新能力的发展.目前我国设计单位采用的设计理念是建立在改良母型平台基础上的串形设计方法,存在过多依赖母型平台、设计成本高、周期长的不足,不完全适合于新型的深水半潜式钻井平台设计.要加快深海资源开发的步伐,必须创新地提出适合于深水作业设施的设计理念和设计方法.深水半潜式钻井平台是高度复杂的工程系统,涉及学科多,各性能之间耦合性强,设计难度大.多学科设计优化技术(简称MDO)是解决这一难题的可行技术之一.论文的研究目的在于探讨多学科设计优化技术在深水半潜式钻井平台概念设计中的适用性及关键技术.为此,论文在以下几个方面开展了研究工作:

(1)论文介绍了多学科设计优化技术的发展历程,以及国内外研究现状.然后重点分析了MDO技术的若干个关键技术,包括数学建模、试验设计和多项式近似模型技术等,这些关键技术是合理应用MDO技术的核心.论文重点描述协同优化过程(简称CO)的原理和工作流程,并以缓冲球鼻首的优化设计为例,分析了协同优化过程在船舶与海洋工程结构物设计中的适用性.研究表明,协同优化过程有较理想的工程应用适用性.

(2)论文从半潜式钻井平台的特点出发,对其主要性能做了描述,并确定了半潜式钻井平台概念设计中所应用的学科分类和学科分析方法.论文选取了一个目标平台,选定了六个独立设计变量,及设计变量的变化范围.利用试验设计技术,确定每个设计变量的变化水平.采用均匀设计表,确立了22个试验工况.

论文对海洋工程结构物设计中常用的两类重要的学科分析手段——水池模型试验技术和数值分析技术做了详细介绍.水池模型试验技术是半潜式钻井平台获得准确水动力性能的关键技术之一.文中阐述了试验设施、相似率、坐标系、试验仪器、试验布置,以及试验结果.试验结果包括风力载荷、流力载荷、静水率减试验结果、不规则波试验结果,以及测量获得的垂荡运动、横摇运动和气隙性能结果等.并指出这些结果对数值分析起到确定修正参数的作用.数值分析技术是另一个重要的学科分析技术.研究中以SESAM软件作为数值分析主要运用手段.运用这些分析手段,对半潜式钻井平台的水动力性能、稳性、定位性能、结构性能和工程应用性能等开展了全面的学科分析工作.

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(3)半潜式钻井平台的水动力性能是平台作业者最关心的性能之一.研究中通过建立目标平台的水动力分析模型,结合模型试验结果修正系数,完成水动力分析.获得了目标平台的垂荡运动、横摇运动和气隙性能在22个试验工况中的分析结果,并利用近似模型技术,建立这三个水动力性能指标的近似模型.

稳性性能是半潜式钻井平台设计中的重要性能之一.国际海洋工程界和大多数船级社对浮式生产系统的稳性性能都有严格的要求.半潜式钻井平台的稳性性能以系数K来衡量,并以平台的横稳性性能为研究对象.采用简化方法计算倾覆力矩,采用数值分析方法计算回复力矩.依据ABS规范,计算得到稳性性能衡准系数K,并建立目标平台的稳性性能近似模型.

半潜式钻井平台的定位性能是影响钻井作业效率的重要因素,包括动力定位性能和锚泊定位性能.动力定位性能学科分析采用数值计算和试验相结合的方法.研究了波浪平均漂移力的成因,重点介绍了Maruo方法和Newman方法的基本原理.总结风力、流力和波浪平均漂移力,得到平台的环境外力图,这是动力定位推进系统选型工作所需要的重要参数.锚泊定位性能学科分析采用时域分析方法,计算得到十年一遇海况条件下的最大水平位移.根据动力定位和锚泊定位计算结果,建立相应的近似模型.

针对半潜式钻井平台的结构性能,论文探讨了传统的结构设计流程中存在的一些不足,以及利用多学科设计优化技术,可以在详细结构设计工作之初,就将半潜式钻井平台总体强度的要求体现在具体的结构设计中.采用设计波法开展总强度分析,选定了四个典型波浪设计工况,完成目标平台在设计波作用下的总体结构强度分析.根据结构应力分布,确定半潜式钻井平台箱型甲板的上甲板和立柱间区域为高应力区,并以四个典型波浪工况下结构应力的平均值作为衡量平台总体结构强度性能的指标,建立结构性能的近似模型.

论文中采用数学拟合的方法确定半潜式钻井平台的可变载荷性能近似计算公式,采用时域分析法计算极端海况下锚链最大载荷性能,以平台主体钢材重量作为分析对象,建立起重量估算公式,以此估算半潜式钻井平台的造价.完成对工程应用学科和经济性能的学科分析工作.

(4)在水池模型试验、学科分析和多学科设计优化技术的研究基础上,利用协同优化过程,完成了针对目标半潜式钻井平台的多学科设计优化过程,获得目标平台的概念设计优化方案.通过调整约束变量对各性能要求的严格程度,一共完成了7次多学科优化分析,并对这7次优化分析结果进行评价,总结出多学科设计优化的一大特点——“折中”.

(5)在总结多学科设计优化技术在深水半潜式钻井平台概念设计中应用的基础上,论文最后提出了利用MDO技术,协助设计师获得新型海洋工程结构物概念设计方案的一种新思路和方法——“多学科设计优化专家方法——MDOEXT”.论文对该方法的工作流程进行了详细的描述,说明该方法是一种建立在多学科设计优化基础上的,能够有效地分配并协调顶层设计专家和普通设计人员之间的工作交流,比较适合于开展新型海洋工程结构物概念设计工作的一种新设计理念和设计方法.

综上,论文在以下三方面,做出了创新性的研究成果:

(1)国内首次提出将多学科设计优化技术引入到海洋平台的概念设计中.论文以深水半潜式钻井平台为研究对象,通过多种先进的学科分析手段,开展了大量的学科分析工作,并利用多学科优化技术,系统地完成了深水半潜式钻井平台的概念设计的优化工作,证明了多学科设计优化技术在该领域的适用性,并且提出了一个掌握半潜式钻井平台整体性能的新方法.

(2)提出了在概念设计阶段采用模型试验结果修正数值分析的方法.利用该方法可以在概念设计阶段,通过数值分析方法获得更为准确合理的分析结果.

(3)提出了“多学科设计优化专家方法——MDOEXT”.该方法能够合理地安排并协调顶层设计专家和普通设计人员的工作,帮助设计人员获得整体性能最佳的概念设计方案.该方法是一种新的设计理念和设计思路,使更多的设计人员参与到最重要的概念设计过程中来,增加概念设计在整个海洋工程结构物设计中的比重,并减少后续设计工作中的矛盾,节约设计成本.

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