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风-浪-流-RNA运行耦合作用下近海风电结构动态响应分析

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土木工程学报 2022年第9期55卷 42-53页

作者：白久林李晨辉龚彦安王宇航朱嵘华重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045 重庆大学土木工程学院重庆400045 浙江大学浙江舟山316000

近海风电结构不仅长期遭受风、浪、流等荷载的耦合作用,还需承担风轮-机舱组件(Rotor-Nacelle Assembly,RNA)运行作用带来的额外动力影响,这不仅会加剧结构受载集中部位的损伤,还会影响甚至中断发电机组的正常运作。为探索近海风电结构... 详细信息

近海风电结构不仅长期遭受风、浪、流等荷载的耦合作用,还需承担风轮-机舱组件(Rotor-Nacelle Assembly,RNA)运行作用带来的额外动力影响,这不仅会加剧结构受载集中部位的损伤,还会影响甚至中断发电机组的正常运作。为探索近海风电结构关键部位的动力特性及振动模式,该文建立考虑风-浪-流-RNA运行的单桩风电塔的耦合分析模型,采用Von Karman风谱模型和叶素动量理论计算气动荷载,通过莫里森方程求取单桩基础结构的波浪及海流荷载,对NREL 5MW单桩塔的塔顶、叶根及单桩底部开展动力响应分析。基于频谱分析法探究结构各关键部位的响应激励源;研究了在3~30m/s风速范围内,近海风电结构动态响应随风速及海流流速的动力特性变化规律。结果表明:近海风电结构动态响应在不同工作状态下会呈现不同的频谱特征,其动态响应时程的均值与峰值随风速增加呈非线性的变化趋势。

关键词：近海风电结构风轮-机舱组件风-浪-流耦合气动荷载波浪荷载动力响应

考虑P-Δ效应的钢-混凝土混合塔筒动力响应分析

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东南大学学报（自然科学版） 2024年第1期54卷 9-16页

作者：李守振周绪红王宇航甘丹朱嵘华重庆大学土木工程学院重庆400045 重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045 阳江海上风电实验室阳江529533

为了提高风电机组钢-混凝土混合塔筒动力响应的分析效率,将风电机组钢-混凝土混合塔筒视为自由端有集中质量的欧拉-伯努利悬臂梁,提出了动力响应的高效分析方法.该方法考虑了重力二阶效应(P-Δ效应)对整体结构的动力响应,以及钢材与混... 详细信息

为了提高风电机组钢-混凝土混合塔筒动力响应的分析效率,将风电机组钢-混凝土混合塔筒视为自由端有集中质量的欧拉-伯努利悬臂梁,提出了动力响应的高效分析方法.该方法考虑了重力二阶效应(P-Δ效应)对整体结构的动力响应,以及钢材与混凝土对结构整体阻尼比的影响.通过与基于ABAQUS的有限元模拟结果进行对比,验证了所提出分析方法的有效性,并研究了P-Δ效应对整体动力响应的影响程度.对比结果表明:与忽略P-Δ效应相比,考虑P-Δ效应时理论分析结果更接近于有限元分析结果;理论分析结果与有限元分析结果关于位移、速度和加速度均方根的最大相对误差分别为3.09%、3.81%、4.63%.这表明所建立的风电机组钢-混凝土混合塔筒动力响应分析模型具有与有限元分析相当的计算精度.

关键词：钢-混凝土混合塔筒风电机组动力响应重力二阶效应等效阻尼比

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海上风场短时风速混合威布尔逼近方法

太阳能学报 2023年第11期44卷 224-230页

作者：叶星汝董树锋严秋雨赵一凡栾富豪朱嵘华浙江大学海洋学院舟山316021 浙江大学海洋领域交叉人才培养平台杭州310027 浙江大学电气工程学院杭州310027 阳江海上风电实验室阳江529500

海上风场风速分布特性是评估海上风场发电能力的重要因素,海上风场短时风速常呈现多峰特性,需采用混合威布尔分布。针对混合威布尔分布参数多、逼近难度大的问题,提出一种海上风场短时风速混合威布尔逼近方法,该方法以方差最小为优化目... 详细信息

海上风场风速分布特性是评估海上风场发电能力的重要因素,海上风场短时风速常呈现多峰特性,需采用混合威布尔分布。针对混合威布尔分布参数多、逼近难度大的问题,提出一种海上风场短时风速混合威布尔逼近方法,该方法以方差最小为优化目标,以矩估计值为参数初始值,以各参数取值范围为约束条件,利用改进后的粒子群算法DAIW-tanh优化参数,提高多峰型风速分布的逼近精度。算例表明:使用该方法对海上风场短时风速分布进行参数逼近,模型简单,计算速度快,不易陷入局部最优,能达到较好的逼近效果。

关键词：海上风电海上风场威布尔分布参数估计粒子群算法

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海上风电大直径嵌岩单桩侧向承载机理分析

可再生能源 2024年第10期42卷 1325-1331页

作者：修衍彬张融圣王恒丰刘寒秋朱嵘华浙江大学海洋学院浙江舟山316021 阳江海上风电实验室广东阳江529500

针对我国海上风电基础的大量嵌岩需求,文章采用物理模型试验及数值模拟方法研究了大直径嵌岩单桩基础的水平受荷特性以及桩-岩整体失效模式,分析了基岩强度、桩基直径、桩基壁厚、嵌岩深度等因素对嵌岩桩侧向承载性能的影响。研究结果表... 详细信息

针对我国海上风电基础的大量嵌岩需求,文章采用物理模型试验及数值模拟方法研究了大直径嵌岩单桩基础的水平受荷特性以及桩-岩整体失效模式,分析了基岩强度、桩基直径、桩基壁厚、嵌岩深度等因素对嵌岩桩侧向承载性能的影响。研究结果表明:桩身抗弯能力随基岩强度提高而提高;嵌岩桩基础浅层基岩的破坏遵循被动楔形破坏模式,深层基岩的破坏遵循旋转破坏模式;基岩强度、桩基直径和嵌岩深度的增加均能提高桩基水平承载力,而桩基壁厚对其影响不大;对于嵌岩桩水平承载性能的提升效果存在临界嵌岩深度,桩径及覆盖层厚度对临界嵌岩深度的影响较小,而基岩强度对其变化较为敏感。

关键词：海上风电嵌岩单桩基础侧向承载机理敏感性分析

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近海风电结构台风环境动力灾变与控制

力学学报 2023年第3期55卷 567-587页

作者：王立忠洪义高洋洋黄铭枫国振赖踊卿朱嵘华杨秦敏何奔浙江大学海洋学院浙江舟山316000 浙江大学建筑工程学院杭州310056 东海实验室浙江舟山316000 浙江大学海南研究院海南三亚572025 华东勘测设计研究院有限公司杭州311122 浙江大学控制学院杭州310056

开发海上风能是实现我国碳达峰、碳中和“3060”目标的重要举措.海上风电的大型化是降本增效的主要途径,已成为近年来的发展趋势.目前海上风电基础结构设计标准由欧洲领衔;区别于欧洲的海洋环境与地质条件,我国海上风电结构面临强台风... 详细信息

开发海上风能是实现我国碳达峰、碳中和“3060”目标的重要举措.海上风电的大型化是降本增效的主要途径,已成为近年来的发展趋势.目前海上风电基础结构设计标准由欧洲领衔;区别于欧洲的海洋环境与地质条件,我国海上风电结构面临强台风、软弱土等挑战,极易发生动力灾变,大型化可能进一步加剧风电结构灾变风险.防灾降载的关键在于深入理解海上风电相关的空气动力学、水动力学、结构动力学、土动力学等的一体化耦合与智能控制.本文围绕台风环境风机动力灾变与控制相关领域的交叉力学问题,结合笔者团队近年研究成果,较为详细地评述了国内外最新研究进展情况,主要包括:台风风场及其诱发的波浪场工程尺度性状,台风环境中风机气动、水动载荷及智能控制策略,风浪流多向载荷联合作用下基础失效模式与结构灾变机制,以及考虑风浪流-结构-基础-海床-风机控制耦合作用的一体化分析设计方法.在此基础上,建议了我国海上风电大型化进程中仍有待突破的研究重点:需更深入掌握台风风场工程尺度性状、台风和台风浪载荷特性,需探索台风环境中的风机控制策略,亟需建立台风环境中大型海上风电整机一体化设计理论并开发国产化工业软件.上述相关领域的突破,对于我国实现海上风能产业的全球引领,具有重要的科学意义和工程应用价值.

关键词：海上风机台风环境智能控制桩-土作用一体化设计

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考虑长径比及冲刷的单桩基础侧向承载特性分析

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水利水运工程学报 2023年第5期2023卷 95-104页

作者：张融圣刘寒秋朱嵘华田振亚孙香浙江大学海洋学院浙江舟山316021 阳江海上风电实验室广东阳江529500

冲刷是海上风电单桩基础设计中需要考虑的重要因素,然而计算时通常忽略局部冲刷坑的几何形状及桩基入土段长径比(L/D)的影响,导致设计偏于保守。针对这一问题,建立考虑局部冲刷坑形态的海上风电桩基础三维有限元模型,研究冲刷作用下不... 详细信息

冲刷是海上风电单桩基础设计中需要考虑的重要因素,然而计算时通常忽略局部冲刷坑的几何形状及桩基入土段长径比(L/D)的影响,导致设计偏于保守。针对这一问题,建立考虑局部冲刷坑形态的海上风电桩基础三维有限元模型,研究冲刷作用下不同长径比桩基础的侧向承载特性变化规律,提出适用于受局部冲刷小长径比单桩基础的简化梁-弹簧分析模型并进行验证。研究结果表明:小长径比单桩基础的侧向响应对局部冲刷深度较为敏感。随着冲刷深度的增大,基底反力和桩侧垂向摩阻力等土反力分量对桩基水平承载力的贡献也随之增大,仅考虑桩侧土反力的传统API p-y曲线方法难以适用受冲刷单桩基础的计算分析,须考虑基底效应的影响。研究结果可为海上风电基础设计分析提供参考。

关键词：局部冲刷海上风电单桩基础长径比

系泊长度及配重对浮式风机平台运动响应的影响研究

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海洋工程装备与技术 2024年第1期11卷 59-64页

作者：孙香田振亚朱嵘华浙江大学华南工业技术研究院广东广州510530 阳江海上风电实验室广东阳江529500 浙江大学海洋学院浙江舟山316000

本文基于某漂浮式缩尺样机实际工程项目,采用时域分析方法对该半潜式浮式风机平台瞬态响应进行数值仿真计算,深入研究了系泊长度以及配重块重量对锚泊系统导缆孔预张力和浮式平台运动响应的影响规律。结果表明,浮式平台的纵摇、纵荡和... 详细信息

本文基于某漂浮式缩尺样机实际工程项目,采用时域分析方法对该半潜式浮式风机平台瞬态响应进行数值仿真计算,深入研究了系泊长度以及配重块重量对锚泊系统导缆孔预张力和浮式平台运动响应的影响规律。结果表明,浮式平台的纵摇、纵荡和垂荡的响应幅值随着系泊长度的增大先增大后减小;增加配重块的重量,会导致平台的纵荡和垂荡先增大后减小,纵摇先减小后增大;当同时改变系泊长度和系泊配重块重量时,配重块重量不影响系泊长度对浮式平台运动响应的变化规律的影响。

关键词：浮式风机平台锚泊系统系泊长度配重运动响应

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海上风电嵌岩基础安装成套技术及装备

安装 2023年第S1期 176-177页

作者：朱嵘华涂智圣张才亮不详

一、成果研究背景世界各国正大力发展清洁能源,海上风电作为新能源的重要组成部分,近年来蓬勃发展。风机主要由风机和支撑结构两大部分构成,支撑结构中基础的设计和施工是风机安全服役的关键。我国广东、福建、辽宁等沿海地区,海床存在... 详细信息

一、成果研究背景世界各国正大力发展清洁能源,海上风电作为新能源的重要组成部分,近年来蓬勃发展。风机主要由风机和支撑结构两大部分构成,支撑结构中基础的设计和施工是风机安全服役的关键。我国广东、福建、辽宁等沿海地区,海床存在大面积浅覆盖层与裸岩地层,其岩石强度高,对于此类特殊地质条件下的海上风电基础安装.

关键词：海上风电岩石强度支撑结构特殊地质条件浅覆盖层新能源技术及装备沿海地区

灌浆料对海上风电大直径Ⅲ型嵌岩单桩承载性能的影响

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船舶工程 2021年第10期43卷 10-16,30页

作者：王恒丰朱嵘华张融圣田振亚刘寒秋涂智圣浙江大学海洋学院浙江舟山316021 阳江海上风电实验室广东阳江529500

基于福建南日岛海上风电工程项目设计资料,采用ABAQUS软件建立海上风电大直径Ⅲ型嵌岩单桩基础“桩-灌浆层-基岩”有限元模型,对灌浆料性能参数展开参数敏感性分析,研究其不同取值对嵌岩单桩水平承载性能以及桩土相互作用机理的影响程... 详细信息

基于福建南日岛海上风电工程项目设计资料,采用ABAQUS软件建立海上风电大直径Ⅲ型嵌岩单桩基础“桩-灌浆层-基岩”有限元模型,对灌浆料性能参数展开参数敏感性分析,研究其不同取值对嵌岩单桩水平承载性能以及桩土相互作用机理的影响程度。计算结果表明,增大灌浆层厚度有利于改善桩基入土段的应力情况并显著提升其水平承载性能;灌浆层厚度的增大能够避免灌浆层开裂以及岩土层的破坏;相比于改变灌浆料厚度,增大灌浆料的材料强度并未对嵌岩单桩的水平承载性能产生较大影响。该结果可以指导嵌岩单桩设计,以探究合适的钻孔及灌浆方法,为工程实际施工提供参考。

关键词：嵌岩单桩大直径海上风电灌浆水平承载性能