检索结果-南通市图书馆

作者：王竑博大连理工大学

学位级别：硕士

随着全球环境保护意识的不断增强,清洁能源快速发展,海上风电也迎来了新的机遇和挑战。相比于陆上风电和近海固定式风机,半潜式风机平台的运动性能对于风机平台功能和结构安全非常重要,同时其受到风、浪、流等复杂海洋环境条件的作用,... 详细信息

随着全球环境保护意识的不断增强,清洁能源快速发展,海上风电也迎来了新的机遇和挑战。相比于陆上风电和近海固定式风机,半潜式风机平台的运动性能对于风机平台功能和结构安全非常重要,同时其受到风、浪、流等复杂海洋环境条件的作用,且风、浪、流都具有很强的随机性,使得风机平台安全性问题更加复杂,研究随机风、浪、流作用下半潜式风机平台的安全性具有重要的意义。为了充分考虑风、浪、流随机性对半潜式风机平台的安全性影响,本文采用等效静力可靠度和动力可靠度研究方法,研究半潜式风机平台的运动响应可靠度,主要的研究内容及结论如下:(1)半潜式风机平台的运动特性分析。本文参考Braceless半潜式风机平台的概念设计,采用ANSYS-AQWA建立平台基础水动力数值模型,验证了计算模型的网格质量,同时对半潜式风机平台进行完整稳性分析,计算结果符合浮式风机平台所规定的工程要求。计算半潜式风机平台的附加质量、辐射阻尼、幅值响应算子和固有周期,为半潜式风机平台的运动响应计算提供了重要基础。(2)基于响应面法的半潜式风机平台运动响应等效静力可靠度分析。考虑工程结构关注响应的最大值,将风、浪、流特征参数作用下半潜式风机平台运动响应时程最大值等效相应风、浪、流作用下平台运动的静力响应值,从而建立基于响应面法的半潜式风机平台运动响应等效静力可靠度计算方法。依据统计资料和极值理论确定风、浪、流相关要素的25年设计基准期的荷载概率模型,基于响应面法计算正常运行工况纵荡、垂荡和纵摇运动响应极值等效静力可靠度分别为0.9980、0.9921和0.9526;极端自存工况纵荡、垂荡和纵摇运动响应极值等效静力可靠度分别为0.9410、0.9288和0.9929。(3)基于概率密度演化理论的半潜式风机平台运动响应动力可靠度分析。通过AQWA计算149个离散代表点下不同波高、风速、流速半潜式风机平台的运动响应,采用极值概率密度方法,建立概率密度演化方程求解半潜式风机平台运动响应的极值分布。在规定限值域内积分求得正常运行工况的纵荡、垂荡和纵摇运动响应动力可靠度分别为0.9969、0.9881和0.9502;极端自存工况的纵荡、垂荡和纵摇运动响应动力可靠度分别为0.9399、0.9261和0.9925。与响应面法求解的等效静力可靠度计算结果相近,且都服从相同的规律。对于半潜式风机平台这样的海上高耸结构物,要格外关注在风机正常运行工况转动方向运动响应和极端自存工况平动方向运动响应的安全性。

关键词：半潜浮式风机可靠度响应面法概率密度演化

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垂荡运动圆柱波浪爬升和波浪荷载的数值模拟

垂荡运动圆柱波浪爬升和波浪荷载的数值模拟

作者：靳林晓大连理工大学

学位级别：硕士

直立圆柱结构被广泛应用于开发海洋资源而设计和建造的海洋结构物中,波浪作用下圆柱表面的波浪爬升和波浪荷载一直被海洋工程界密切关注和研究。随着水深的逐渐增加,垂荡运动圆柱结构的波浪爬升由于其重心的竖向运动而需要分开考虑为绝... 详细信息

直立圆柱结构被广泛应用于开发海洋资源而设计和建造的海洋结构物中,波浪作用下圆柱表面的波浪爬升和波浪荷载一直被海洋工程界密切关注和研究。随着水深的逐渐增加,垂荡运动圆柱结构的波浪爬升由于其重心的竖向运动而需要分开考虑为绝对爬升高度和相对爬升高度,同时需要考虑波浪引起的非线性特征和垂荡运动的非线性。此外,此类问题还涉及到复杂的自由表面,采用传统的势流理论研究会在某些方面难以保证结果的准确性。基于上述背景,本文应用粘性流数值波浪水槽模型对规则波作用下垂荡运动圆柱的相对和绝对波浪爬升高度、波浪荷载随不同周期的变化以及垂荡和固定圆柱在波浪爬升和波浪荷载方面的差异进行数值计算研究。首先,基于开源软件Open FOAM,建立波浪与固定圆柱、垂荡运动圆柱相互作用的三维数值波浪水槽模型。以Navier-Stokes方程为控制方程,采用流体体积法进行自由表面的捕捉,采用速度边界法造波、松弛区法消波,使用多相流稳定湍流模型解决数值水槽波高衰减问题,使用六自由度运动求解器求解圆柱的运动方程。其次,将数值结果与理论结果和实验结果进行对比分析,对所建立的数值波浪水槽在模拟规则波与固定圆柱、垂荡运动圆柱相互作用方面的准确性进行全面验证。然后,应用数值模型对规则波作用下固定截断圆柱的波浪爬升和波浪荷载问题进行研究。模拟结果表明,吃水对固定圆柱波浪爬升高度影响较小,但对水平波浪力影响较大。通过与波浪爬升高度估算公式结果对比,分析不同估算公式预测固定截断圆柱爬升高度的准确性。通过流场分析,揭示固定截断圆柱在一个波周期内波浪衍射场的变化规律。最后,应用数值模型对规则波作用下垂荡运动圆柱的波浪爬升和波浪荷载问题进行研究。模拟结果表明,垂荡运动圆柱绝对爬升高度和固定圆柱爬升高度相差不大,都可以用估算公式获得良好的预测结果,但相对爬升高度相差很大。在短波时,相对爬升高度接近绝对爬升高度;在共振范围,相对爬升高度大于绝对爬升高度,最大可达入射波幅的5倍左右;在长波时,相对爬升高度小于绝对爬升高度,并且随着周期的增加而逐渐减小最后趋向于零。垂荡运动圆柱和固定截断圆柱的水平波浪力在低频时保持一致,在高频时出现差异,固定圆柱案例水平波浪力小于理论值,垂荡圆柱案例水平波浪力在小波陡时小于固定圆柱案例,大波陡时大于固定圆柱案例并接近于理论值。

关键词：波浪爬升垂荡运动圆柱固定截断圆柱波浪荷载 CFD模型

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不同断缆模式下FPSO瞬态运动响应评估

不同断缆模式下FPSO瞬态运动响应评估

作者：秦宇大连理工大学

学位级别：硕士

深海浮式平台通常采用系泊定位方式,由系泊系统保证平台在安全范围内作业,然而系泊缆可能会因自身疲劳、超载、安装损坏等原因失效,导致平台产生大幅漂移从而碰撞邻近船只和平台,带来巨大的经济损失。本文针对采用4×3组合系泊分布的内... 详细信息

深海浮式平台通常采用系泊定位方式,由系泊系统保证平台在安全范围内作业,然而系泊缆可能会因自身疲劳、超载、安装损坏等原因失效,导致平台产生大幅漂移从而碰撞邻近船只和平台,带来巨大的经济损失。本文针对采用4×3组合系泊分布的内转塔式浮式生产储卸油装置（FPSO）,采用非线性时域耦合分析方法,计算不同断缆模式下系统的运动响应变化情况,并评估系泊失效时瞬态响应过程下系统的安全性能。首先,根据船体型线图通过ANSYS-AQWA软件对FPSO平台建模,得到平台水动力模型,应用频域势流理论计算FPSO平台在规则波下的波浪载荷和RAO等水动力系数,并通过二阶波浪力计算结果来对网格收敛性进行验证。设计平台系泊并对完整FPSO系泊系统进行时域耦合分析,将结果和MARIN水池实验结果进行对比分析,通过静态和动态特性验证系泊系统布置的准确性和分析结果的可靠性。其次,以墨西哥湾百年一遇海洋环境荷载大小为代表,分别设置3种不同风、浪、流入射角度作为环境工况,以系泊完整时所受张力最大的#2系泊缆为参照,分别设置单缆、同侧双缆、对侧双缆和邻侧双缆4种失效模式,给每种环境下失效工况进行编号,并分析比较不同断缆模式下系泊系统的纵荡、横荡刚度变化情况,为后续机理分析提供基础,结果表明系泊系统某一自由度的刚度取决于该方向的失效系泊数量和失效系泊位置,失效系泊数量越多,系统刚度越小,同侧双缆失效的系泊系统刚度比对侧失效更小。然后,对不同断缆模式下FPSO系泊系统进行非线性时域耦合分析,比较平台的运动响应以及系泊张力变化情况,并结合刚度变化对响应结果进行机理研究。结果表明:系泊缆的失效对平台垂荡、横摇、纵摇响应影响不大,主要影响平台的纵荡、横荡及艏摇运动,其变化规律与失效后系泊系统的刚度和对称性密切相关,同一自由度下刚度越大运动响应越小,对称性破坏程度越小,平台运动响应越小。当同侧一根或两根系泊失效时,平台的平衡位置发生改变,同侧剩余的系泊将承担瞬时环境荷载冲击,致使剩余系泊的张力在短时间内骤增,最大瞬时增幅度可达系泊完整时的2.6倍,该失效工况是系泊系统和平台最危险情况。最后,针对非极端海况和不同波浪种子两种随机不确定因素,对失效情况下FPSO系泊系统极值响应情况进行研究,结果表明,仅采用单一随机波浪种子时系泊线的平均峰值张力存在约8%的波动误差,平台平均峰值响应存在约15%的波动误差,同时环境荷载越恶劣,分析结果不确定性越大。

关键词： FPSO 断缆失效位置时域分析安全系数

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主动式截断锚泊试验执行机构运动跟踪控制

主动式截断锚泊试验执行机构运动跟踪控制

作者：孙玉博大连理工大学

学位级别：硕士

随着深水平台的作业水深增加,在现有海洋工程水池中进行浮式平台物理模型试验时,需要将锚泊系统进行截断。其中,主动式截断锚泊试验是目前的发展方向之一,可以解决截断和全水深锚泊系统的静力和动力特性相似问题。本文主要针对实现锚泊... 详细信息

随着深水平台的作业水深增加,在现有海洋工程水池中进行浮式平台物理模型试验时,需要将锚泊系统进行截断。其中,主动式截断锚泊试验是目前的发展方向之一,可以解决截断和全水深锚泊系统的静力和动力特性相似问题。本文主要针对实现锚泊系统截断点运动的执行机构及其跟踪控制展开研究。首先,选择Stewart平台作为适用的执行机构,基于运动学原理,利用MATLAB/Simulink建立其仿真模型,利用不规则位移运动信号验证仿真模型的正确性,利用运动学原理求解工作空间范围。其次,针对驱动执行机构运动的驱动器,利用MATLAB/Simulink建立其仿真模型并研究驱动器的一般特性及引起误差的因素,分别利用MATLAB系统辨识工具箱与RBF神经网络辨识法建立驱动器的数学模型,用以描述驱动器输出特性并代替驱动器进行控制算法研究。结合两种方法的辨识结果,研究前馈控制、干扰观测器、最小方差自校正控制、RBF神经网络逆模型控制等算法的控制原理及对驱动器的控制效果,对比各种方法控制下驱动器对不规则位移运动信号的跟踪效果,分析各种方法的优缺点。再次,结合执行机构运动学模型、驱动器模型与控制方法,研究驱动器的适用控制方法,以及对执行机构运动控制的有效性。最后,分析主动式截断试验中的时滞因素,建立三次样条插值方法对时滞进行预测-补偿,研究采集历史数据点数、时滞、采样时间等对时滞补偿效果的影响规律,确定采样时间的选取准则。结果表明:基于准确建立的Stewart平台运动学仿真模型,利用前馈控制、干扰观测器、最小方差自校正控制、RBF神经网络逆模型控制均能有效提高驱动器运动跟踪精度,且四种算法都有各自的适用条件;针对驱动器的控制算法对Stewart平台依旧有效,三次样条插值算法能有效地补偿时滞,且采样时间越小补偿精度越高。本文的研究结果为下一步深水平台主动式截断锚泊试验具体实施过程中,截断点处运动的实时跟踪控制提供理论与方法参考。

关键词：主动式截断锚泊系统系统辨识 RBF神经网络时滞补偿

深水系泊线松弛-张紧过程变化的运动特性分析

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深水系泊线松弛-张紧过程变化的运动特性分析

作者：索云飞大连理工大学

学位级别：硕士

深水张紧式系泊系统常采用链-纤维缆-链的结构形式,系泊线在随浮体运动过程中可能会出现松弛-张紧的往复转化,使系泊线内动张力幅值显著提升。瞬时大幅增高的动张力即定义为冲击张力,冲击张力会导致系泊线发生断裂,使系泊系统失效,对浮... 详细信息

深水张紧式系泊系统常采用链-纤维缆-链的结构形式,系泊线在随浮体运动过程中可能会出现松弛-张紧的往复转化,使系泊线内动张力幅值显著提升。瞬时大幅增高的动张力即定义为冲击张力,冲击张力会导致系泊线发生断裂,使系泊系统失效,对浮体结构安全生产造成严重影响。国内外对张紧式系泊系统进行了广泛的研究,但是侧重点多在于纤维系缆的动刚度特性、与浮式平台的耦合运动等方面,而对系泊线松弛-张紧变化的运动过程,以及系泊线内冲击张力产生的影响因素及变化规律尚不十分明确。因此,对深水系泊线松弛-张紧过程变化的运动特性进行研究十分重要。本文主要针对深水张紧式系泊线在松弛-张紧变化过程中的运动响应问题开展具体研究工作。通过在系泊线顶端施加正弦位移激励,调整改变激励的频率与幅值,计算分析系泊线中动张力的变化规律,研究系泊线中呈现松弛-张紧变化的运动过程,提取系泊线中产生的冲击张力,并分析比较系泊线预张力、长度等因素对冲击张力的影响规律。首先,基于ANSYS 18.1有限元分析软件,对张紧式系泊线进行建模,保证有限元数值模型受力与约束条件与原型系泊线保持一致,利用“生死开关”功能实现系泊线松弛-张紧过程的模拟,当单元应力为0时,关闭单元,应力大于0时,单元参与计算。通过算例验证数值模型计算结果的可靠性与准确性。然后,选取系泊线初始预张力、系泊线弹性模量、截面直径和长度等参数进行改变,基于已建好的数值模型,对系泊线顶端继续施加正弦位移激励,计算系泊线的运动响应,通过改变激励频率与激励幅值,研究系泊线进入松弛-张紧运动状态的变化过程。最后,提取各激励工况下系泊线中节点运动轨迹与动张力时程,对数据结果进行处理分析,总结出现松弛-张紧变化的临界激励幅值与频率关系,以及相关参数对冲击张力的影响及变化规律。结果表明,系泊线顶端位移激励沿系泊线轴线方向的激励分量是引起系泊线发生松弛-张紧的主要原因。提高系泊线初始预张力,选择弹性模量大,截面直径小的缆材,并使系泊线长度尽可能短,会使系泊线运动保持张紧状态,避免冲击张力的产生。本文研究结果对进一步探究系泊系统中冲击张力的产生机理及其设计和安全评估具有参考意义。

关键词：张紧式系泊系统松弛-张紧运动特性冲击张力

基于有限元计算极限承载力的拖曳锚嵌入轨迹预测方法

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基于有限元计算极限承载力的拖曳锚嵌入轨迹预测方法

作者：包木仁大连理工大学

学位级别：硕士

随着海洋资源向更深水发展,系泊系统的设计变得越来越重要。拖曳锚是系泊系统的重要组成部分,将系泊线固定在海床中,是目前常用的锚固基础型式之一。预测拖曳锚在安装过程中的嵌入轨迹,对于评估系泊系统的安全设计具有重要的意义与作用... 详细信息

随着海洋资源向更深水发展,系泊系统的设计变得越来越重要。拖曳锚是系泊系统的重要组成部分,将系泊线固定在海床中,是目前常用的锚固基础型式之一。预测拖曳锚在安装过程中的嵌入轨迹,对于评估系泊系统的安全设计具有重要的意义与作用。目前比较认可的是Neubecker和Randolph(NR)提出的基于增量计算思想的拖曳锚嵌入轨迹预测方法,本文针对此方法进行改进,主要内容如下:首先,介绍目前拖曳锚嵌入轨迹预测的研究方法与进展及理论基础,包括增量计算思想、反悬链线方程推导、计算拖曳锚承载力的极限平衡法和塑性上限法,并编制了拖曳锚嵌入轨迹不同预测方法的计算程序。其次,建立计算拖曳锚承载力的有限元模型,通过设定接触对解决海床土体与拖曳锚的相互接触摩擦作用,简化锚板为矩形并使用Targe169单元模拟,土体使用Conta171单元模拟,基于Von Mises屈服准则建立理想弹塑性模型模拟海床土体的破坏准则,比较不同工况下拖曳锚的极限承载力。最后,采用增量计算的方法建立拖曳锚的嵌入轨迹预测方法,将其视为由初始嵌入点向下多个连续线段首尾相连而成。在增量计算过程中,每一个增量步下拖曳锚的极限承载力通过有限元模型计算方法得到,区别与NR方法中采用的经验系数方法。同时,比较拖曳锚初始嵌入角度、锚板夹角等参数变化对于拖曳锚嵌入轨迹的影响,并从极限承载力的角度分析具体原因。通过本文研究,发现拖曳锚在浅埋和深埋时失效模式不同;拖曳锚嵌入轨迹与锚板在不同埋深中的极限承载力密切相关,采用统一的承载力系数计算将造成计算结果的明显差异;拖曳锚的初始嵌入角度对拖曳锚嵌入轨迹影响很小,而拖曳力与锚板夹角越大使得拖曳锚的极限嵌入深度越大。基于本文提出的拖曳锚嵌入轨迹预测方法,可以为拖曳锚的轨迹预测以及系泊系统承载力的确定提供参考。

关键词：拖曳锚轨迹预测增量计算极限承载力

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海洋工程深水实验水池浮底牵引系统优化研究

海洋工程深水实验水池浮底牵引系统优化研究

作者：黄森大连理工大学

学位级别：硕士

海洋工程结构在风浪流环境条件下的运动响应一直是工业界和学术界关注的热点问题之一。由于海洋环境的复杂性,以及技术设备的限制性,试验水池是目前海洋工程研究工作开展的关键途径。基于海洋工程相关学科建设发展的迫切需要,针对现阶... 详细信息

海洋工程结构在风浪流环境条件下的运动响应一直是工业界和学术界关注的热点问题之一。由于海洋环境的复杂性,以及技术设备的限制性,试验水池是目前海洋工程研究工作开展的关键途径。基于海洋工程相关学科建设发展的迫切需要,针对现阶段国内试验水池建造技术不成熟及功能不完善等问题,大连理工大学计划建立一座功能更为完善技术更为成熟的新型海洋工程试验基地。本文基于大连理工大学海洋工程深海工程创新实验基地项目,主要对海洋工程深水实验水池升降浮底牵引系统进行了优化研究。首先,针对浮底相关结构的功能需求,了解其实现的工作原理。然后,利用ANSYS软件对实验室组合式浮底进行三维建模,设计多种钢丝绳吊点方案,分别开展不同吊点方案对浮底作用效果的研究,分析不同吊点位置下浮底位移以及平衡情况,以及钢丝绳的强度,从而获得最优吊点布置方案。最后对实验室卷扬机卷筒进行三维建模,探究绳槽对卷筒承载能力的影响,通过改变钢丝绳缠绕的层数来验证卷筒是否符合实际工作的强度需求。通过对海洋工程深水实验水池浮底牵引系统进行优化研究,结果表明浮底及其牵引系统受到的影响作用均在设计要求范围内,浮底结构能够安全运行,并提出最终的优化方案。本次研究为海洋工程深水池浮底的后续设计优化工作提供新的思路,为新型海洋工程试验基地的建设提供决策参考。

关键词：升降浮底牵引系统卷扬机卷筒强度校核优化方案

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海洋工程水池可升降浮底强度分析

海洋工程水池可升降浮底强度分析

作者：付高勇大连理工大学

学位级别：硕士

海洋工程是当前世界范围内正蓬勃发展的热点学科。诸如各类海洋资源、平台结构、风电及潮汐等新能源相关开发研究,都已经成为大量科研机构和研究学者们的重点关注与研究对象。但综合考虑复杂的海洋环境和技术设备以及资金投入的限制,使... 详细信息

海洋工程是当前世界范围内正蓬勃发展的热点学科。诸如各类海洋资源、平台结构、风电及潮汐等新能源相关开发研究,都已经成为大量科研机构和研究学者们的重点关注与研究对象。但综合考虑复杂的海洋环境和技术设备以及资金投入的限制,使得建立海洋工程试验水池进行模型试验成为研究工作者们的必然选择。大连理工大学基于自身海洋工程学科研究的需要以及结合当前国内试验水池在造风品质等方面的不足,开始着手建立功能与性能更加强大齐全的新型海洋工程试验基地。本文基于大连理工大学创新试验基地建设项目,针对试验水池可升降浮底的稳定性进行了一定的研究分析。首先利用计算流体力学软件FLUENT建立了二维、三维数值水池,采用边界造波和阻尼消波方法进行了波浪模拟,提取了不同工况下作用于浮底表面的波浪力。然后运用有限元软件ANSYS建立浮底三维数值模型,基于不同工况下浮底所受的波浪力及作用在浮底上的其他作用力进行静力分析,得到相应的应力和变形结果,并对不同工况下的结果进行比较分析。之后基于ANSYS Workbench再对浮底结构进行模态分析,得到了浮底结构的固有频率和相对照的各阶振型,并找到了浮底最大振幅位于何处。最后,还对浮底结构作了一定的结构强度计算。通过上述静力分析、模态分析结果和补充的浮底结构强度计算,综合讨论了浅水波浪和相应荷载对浮底的影响作用以及结构强度及稳定性,最终可以得出浮底受到的影响作用均在可接受范围内,强度满足要求,具有不错的稳定性,浮底结构能够安全可靠的进行正常工作。同时,借助本次分析结果,也希望能为大连理工创新试验基地试验水池浮底后续设计改进和运行工作提供一定的参考。

关键词：升降浮底波浪模拟静力分析模态分析结构计算

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不同类型丁坝防护设施的流场特性数值模拟

不同类型丁坝防护设施的流场特性数值模拟

作者：李海德（Haider Rizwan）大连理工大学

学位级别：硕士

丁坝的主要功能是让水流远离河岸。当丁坝中断水流流动时,水流流动加速并且在丁坝周围形成各种涡流。加速流的横向输送和不同的涡流是引起的丁坝底部沉积物被冲走的主要原因,这些沉积物随后通过尾流涡流向下游移动并增强了主流流动。丁... 详细信息

丁坝的主要功能是让水流远离河岸。当丁坝中断水流流动时,水流流动加速并且在丁坝周围形成各种涡流。加速流的横向输送和不同的涡流是引起的丁坝底部沉积物被冲走的主要原因,这些沉积物随后通过尾流涡流向下游移动并增强了主流流动。丁坝尖端的较高流量通常被认为是结构破坏的主要原因。丁坝的主要目标是降低丁坝尖端流速以及使主流到河岸的方向的水流速度逐渐降低,使岸边的水流流速最小,以保护丁坝尖端和河岸。修改丁坝的渗透性或布置可以保护丁坝尖端和河岸。因此,本文引入了两种保护方法。第一种保护方法是使用不透水的丁坝与不同长度（0.2至0.6 m）的成组桩相结合,并提出了两种丁坝形式,即L型丁坝和T型丁坝。第二种保护方法是使用开孔丁坝,即在丁坝内部设置不同渗透率（22%、37%和52%）和孔隙角度（0°、15°、30°和60°）的交错孔隙。采用这两种保护方法,以研究矩形明渠中水流的流动和湍流特性。本研究使用基于标准k-ε模型的计算流体动力学（CFD）软件（ANSYS Fluent）,并通过与实验结果对比验证数值模型。研究流动和湍流特性的参数,包括速度分布、壁面剪应力、粗糙度系数（n）、再附着长度、湍流强度（T.I）和湍流动能（TKE）。湍流和流动特性的结果表明,与不透水的丁坝相比,丁坝模式（L和T）和开孔丁坝（0°）的使用都有所改善。对于开孔丁坝,随着孔隙角度（0°到60°）的变化,其性能得到进一步提高。对于与成组桩结合的丁坝,当桩长长度增加到0.6 m时,下游平均流速的增加趋势在左岸减少了5%,右岸减少了52%,主流减少了8%。在丁坝尖端,湍流强度（T.I）、湍流动能（TKE）和平均流向速度降低分别为19%、35%和12%。当丁坝孔隙角增加到60°时,下游平均流向速度（d/s）的增加趋势减少了25%,在丁坝尖端TKE、T.I和平均流向速度分别降低22%、15%和4%。结果表明,与典型的不透水丁坝相比,丁坝模式（L和T）和具有孔角的开孔丁坝都有助于保护河岸和丁坝尖端遭受更高的速度和湍流效应。

关键词：丁坝流动特性成组桩渗透性计算流体力学

考虑锚-链-土相互作用的浮式风机系泊系统动力响应分析

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考虑锚-链-土相互作用的浮式风机系泊系统动力响应分析

作者：关博大连理工大学

学位级别：硕士

在众多可供开发的能源中,风能因具有污染小,储量大,无污染,可再生等优点,成为备受青睐的新能源。我国南海海域辽阔、风能资源丰富,具有巨大的风能开发空间。为获取高速稳定的风能资源,远海浮式风机应运而生。在浮式风机系统中,系泊系统... 详细信息

在众多可供开发的能源中,风能因具有污染小,储量大,无污染,可再生等优点,成为备受青睐的新能源。我国南海海域辽阔、风能资源丰富,具有巨大的风能开发空间。为获取高速稳定的风能资源,远海浮式风机应运而生。在浮式风机系统中,系泊系统承载着复杂的风浪流联合载荷,其动力响应不仅会影响系泊系统本身的安全,更会影响到风机整体的发电效率与系统安全性。因此,系泊系统的动力响应分析具有重要工程意义。在系泊系统服役过程中,系泊线进行往复运动,使得锚固基础、土中锚链和海底土壤之间发生复杂的相互作用,这会导致锚链形状、锚链嵌入海床位置、土体形状等不断变化,显著影响水中系泊线海床嵌入点处的动力响应。但是现在进行系泊动力响应分析时,下边界通常假设为固定端约束,未考虑锚固基础和土中锚链在动荷载作用下传递给水中系泊线的动态效应,这会对整体系泊动力响应计算的准确性产生影响。为探究锚-链-土的动态相互作用对系泊动力响应计算的影响,本文进行了以下研究:首先采用ABAQUS/CEL大变形有限元分析方法,建立锚-土相互作用模型,探究了不同埋深下的平板锚承载力变化规律。在此基础上,采用同样大变形分析方法,建立锚-链-土相互作用有限元模型,探究了硬层对法向承力锚运动轨迹、系缆点处拖曳力、运动方向和拖曳角的影响规律。研究发现,在本文研究范围内,硬层的存在使得锚嵌入深度最多降低22%、拖曳嵌入完成后拖曳力最多下降50%,对锚的服役承载力有不利影响。之后,提出一种将动力作用下锚固基础-土中锚链-海床土的相互作用等效为海床嵌入点处弹簧和阻尼的简化分析模型。比较了不同运动幅值和周期的位移激励作用下等效阻尼系数与弹簧刚度的变化规律。研究发现,水平弹簧刚度比竖直弹簧刚度大了近50%,说明考虑系泊线与海床土的相互作用后对系泊线水平动力响应影响更大。最后,将Open FAST建立的浮式风机-系泊系统耦合分析模型、Orca Flex建立的单根系泊线模型和ABAQUS建立的锚-链-土相互作用模型结合,提出可以考虑锚固基础和嵌入海床段系泊线作用的锚固基础-系泊系统-浮式风机全耦合设计方法。通过与传统系泊响应计算方法进行对比,研究了锚-链-土相互作用对水中系泊线动态效应的影响。研究发现,使用传统系泊响应计算方法进行系泊动力响应分析的结果偏保守。考虑锚-链-土相互作用后,对不同荷载条件下的系泊缆张力影响程度不同,在本文研究范围内,系泊线顶端动张力最多下降约20%。

关键词：浮式风机系泊系统锚-链-土相互作用大变形有限元耦合分析