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China Ocean Engineering 2023年第4期37卷 660-672页

作者： JIANG Hai-rui bai xing-lan Murilo A.VAZ School of Naval Architecture and Maritime Zhejiang Ocean UniversityZhoushan 316022China Key Laboratory of Offshore Engineering Technology of Zhejiang Province Zhoushan 316022China Ocean Engineering Program Federal University of Rio de JaneiroRio de JaneiroBrazil

In this study,the frequency characteristics of the turbulent wind and the effects of wind-wave coupling on the low-and high-frequency responses of semi-submersible floating offshore wind turbines(FOWT)are *** wave load components,such as first-order wave loads,combined first-and second-order difference-frequency wave loads,combined first-and second-order sum-frequency wave loads,and first-and complete second-order wave loads are taken into consideration,while different turbulent environments are considered in aerodynamic *** com-parison is based on time histories and frequency spectra of platform motions and structural load responses and statistical *** findings indicate that the second-order difference-frequency wave loads will significantly increase the natural frequency of low-frequency motion in the responses of the platform motion and structure load of the semi-submersible platform,which will cause structural fatigue *** the action of turbulent wind,the influences of second-order wave loads on the platform motion and structural load response cannot be ignored,especially under extreme sea ***,in order to evaluate the dynamic responses of semi-submersible FOWT more accurately,the actual environment should be simulated more realistically.

关键词： turbulence characteristics floating offshore wind turbines second-order hydrodynamic loads low-and high-frequency responses aero-hydrodynamic coupling

基于整体分析的钢悬链线立管触地点动力响应分析

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工程力学 2014年第12期31卷 249-256页

作者：白兴兰段梦兰李强中国石油大学(北京)海洋油气研究中心北京102249 浙江海洋学院船舶与海洋工程学院浙江舟山316022

在立管动力平衡系统的力学模型中考虑浮式平台的惯性作用和管-土相互作用,研究在不同参数激励下钢悬链线立管触地点动力响应。基于大挠度柔性索理论,分别采用具有弯曲刚度的大挠度细长梁、弹性地基梁模拟立管的悬垂段和流线段,考虑触地... 详细信息

在立管动力平衡系统的力学模型中考虑浮式平台的惯性作用和管-土相互作用,研究在不同参数激励下钢悬链线立管触地点动力响应。基于大挠度柔性索理论,分别采用具有弯曲刚度的大挠度细长梁、弹性地基梁模拟立管的悬垂段和流线段,考虑触地点处的大曲率,建立了立管的三维有限元模型,利用Galerkin方法对运动方程离散为一组非线性二阶常微分方程,运用Newmark-β法求解离散方程。通过在立管的动力方程中引入δ函数来体现浮式平台对立管的惯性和水动力影响,将悬链线立管与浮式平台作为一个整体进行动力分析,以工程中实际使用的1800m水深的钢悬链线立管为例,通过对立管顶部进行谐波激励,分别就水动力系数、管内流体密度和海床土体刚度对立管特征点动力分析的影响进行分析,研究表明:水动力系数的改变对立管触地点的动力响应的影响较为显著,主要体现在弯矩和张力幅值的增加;管内流体密度不同,触地点位置不同,表明立管在输送不同液体或气体可能发生疲劳破坏的位置也不同;而海床土刚度对立管触地点区域的弯曲应力影响较大,对轴向应力则影响不大,其结果对SCR设计具有重要的指导意义。

关键词：钢悬链线立管触地点海床土刚度动力分析整体分析

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基于管土相互作用生产立管动态试验研究（英文）

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船舶力学 2019年第3期23卷 283-300页

作者：张玉莲白兴兰谢永和浙江海洋大学东海科学技术学院浙江舟山316022 浙江海洋大学船舶与机电工程学院浙江舟山316022

基于一套用来模拟自由悬挂的悬链式立管整体动态分析试验装置,对钢悬链式立管在不同海床模型、不同激励运动和不同环境中的动态响应进行对比分析。动态试验分别在干、湿两种环境下开展,目的是为了得到悬链式立管与不同刚度的土模型相互... 详细信息

基于一套用来模拟自由悬挂的悬链式立管整体动态分析试验装置,对钢悬链式立管在不同海床模型、不同激励运动和不同环境中的动态响应进行对比分析。动态试验分别在干、湿两种环境下开展,目的是为了得到悬链式立管与不同刚度的土模型相互作用、不同激励运动作用下触地点的运动响应与顶端的张力响应曲线。为了在位型上实现悬链式,选择柔软的硅胶管作为立管模型。整个试验装置系统包括高清位移拍摄系统、运动振荡器、3.60 m×2.05 m×0.60 m的水槽和两千克量程的力传感器。摄像机位置与数据采集点相配合,每隔25 s记录一次位移,通过视频编辑器给出数据,通过模拟三种不同的海床模型在干、湿水槽开展试验。不同刚度的海床模型分别为干、湿塑料泡沫和玻璃,其中干、湿塑料泡沫表示不同刚度的线弹性海床,玻璃则表示刚性海床。运动加载装置轨道包括水平、竖直和圆周运动方向。立管模型在不同海床模型、不同运动激励作用下,分别在干、湿水槽中开展试验,并将得到的动态行为进行对比分析。研究结果对开发中的数值模拟程序进行了重要的改进和参考,是SCR—浮体—海床整体分析试验的重要内容。

关键词：动态试验钢悬链线式立管动态行为管土相互作用

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海底管道悬空治理数值模拟

浙江海洋大学学报（自然科学版） 2020年第5期39卷 458-465,476页

作者：单潜瑜白兴兰浙江海洋大学港航与交通运输工程学院浙江舟山316022 浙江海洋大学船舶与机电工程学院浙江舟山316022 浙江省近海海洋工程技术重点实验室浙江舟山316022

依据DNV-RP-F105规范,运用有限元软件ABAQUS构建了舟山海域某悬跨输气管道许可长度的计算模型。从动力角度研究了边界条件和轴向力对悬跨段的影响,并计算了不同工况下的许可长度,发现结果与规范方法、避免涡激共振方法相符。同时针对确... 详细信息

依据DNV-RP-F105规范,运用有限元软件ABAQUS构建了舟山海域某悬跨输气管道许可长度的计算模型。从动力角度研究了边界条件和轴向力对悬跨段的影响,并计算了不同工况下的许可长度,发现结果与规范方法、避免涡激共振方法相符。同时针对确定的悬跨管道进行数值模拟分析,对悬跨管道改变支撑尺寸、包裹长度等参数进行敏感性分析,根据位移响应时程曲线来确定更优的参数。最后,综合治理效果与成本控制,将优化的钢架支撑和沙袋覆盖治理方案进行对比分析。

关键词：海底管道管土耦合分析悬跨管道许可长度悬空治理

考虑海床土吸力的SCR-Spar整体波浪响应分析

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海洋工程 2010年第2期28卷 58-64页

作者：白兴兰黄维平浙江海洋学院船舶与建筑工程学院浙江舟山316004 中国海洋大学海洋工程山东省重点实验室山东青岛266100

研究海床土吸力对深海钢悬链线立管(SCR)与Spar平台整体波浪响应的影响。分别采用大挠度曲线梁模型、弹性地基梁模型模拟SCR的悬垂段和流线段,考虑SCR与Spar的动力耦合效应,提出整体分析法,并基于锚链/SCR分析程序Ca-ble3D开发V-Cable3... 详细信息

研究海床土吸力对深海钢悬链线立管(SCR)与Spar平台整体波浪响应的影响。分别采用大挠度曲线梁模型、弹性地基梁模型模拟SCR的悬垂段和流线段,考虑SCR与Spar的动力耦合效应,提出整体分析法,并基于锚链/SCR分析程序Ca-ble3D开发V-Cable3D。考虑海床土吸力影响,时域动力响应分析获得一海况下SCR顶点和触地点的位移、张力、弯矩和应力时程。比较分析表明:SCR顶点和触地点附近分别存在波浪响应过程中的张力最大值和弯矩最大值,吸力对这两个特征量以及立管应力状态影响较大。提出的整体分析法为SCR波浪响应分析方法提供了新思路,对SCR与海床的相互作用分析有一定的参考意义。

关键词：钢悬链线立管海床土吸力整体分析深海开发波浪响应分析

两种典型立柱截面浮式平台涡激运动耦合特征试验研究

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船舶力学 2021年第3期25卷 291-298页

作者：魏东泽阙小玲杨晨斌白兴兰浙江海洋大学海洋工程装备学院浙江舟山316022 浙江海洋大学船舶与海运学院浙江舟山316022

本文基于模型试验,研究了立柱截面形状和来流方向对浮式平台涡激运动特征的影响,并着重分析了涡激运动的不同阶段艏摇运动与横荡、纵荡运动的耦合特征。结果表明:立柱截面形状和来流方向会对浮式平台的涡激运动响应和耦合特征产生明显影... 详细信息

本文基于模型试验,研究了立柱截面形状和来流方向对浮式平台涡激运动特征的影响,并着重分析了涡激运动的不同阶段艏摇运动与横荡、纵荡运动的耦合特征。结果表明:立柱截面形状和来流方向会对浮式平台的涡激运动响应和耦合特征产生明显影响;在大多数工况下,圆柱平台的横荡和纵荡运动幅值均大于方柱平台,最高可达6.1倍。但是在45°流向下,圆柱和方柱的横荡运动幅值比较接近,当约化速度超过12后,方柱平台的横荡运动幅值甚至超过了圆柱平台;相同工况下,方柱平台的艏摇运动响应幅值远大于圆柱平台,并且在45°流向下方柱平台艏摇运动中观察到了“涡激共振”现象;不同流向下,方柱和圆柱平台涡激运动频率随约化速度变化规律比较类似,大致可分为三个阶段,但在不同阶段涡激运动耦合特征差别较大,并且在45°流向下方柱平台艏摇运动中观察到了特殊的“主频跳动”现象。

关键词：平台涡激运动模型试验立柱

深水SCR触地区管-土相互作用试验研究进展

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海洋工程 2014年第5期32卷 107-112页

作者：白兴兰姚锐段梦兰李强中国石油大学(北京)海洋油气研究中心北京102249 浙江海洋学院船舶与海洋工程学院浙江舟山316004

与海床的相互作用是钢悬链线立管特有的性质,是传统立管发展中不曾遇到的问题,也是控制立管疲劳寿命的主要因素,特别是触地区出现的峰值弯曲应力和管土接触模型的不确定,成为SCR触地区研究的难点。由于立管与海床的作用机理非常复杂,因... 详细信息

与海床的相互作用是钢悬链线立管特有的性质,是传统立管发展中不曾遇到的问题,也是控制立管疲劳寿命的主要因素,特别是触地区出现的峰值弯曲应力和管土接触模型的不确定,成为SCR触地区研究的难点。由于立管与海床的作用机理非常复杂,因此管土相互作用模型的提出大多是建立在模型试验的基础上。通过对国内外深水SCR触地区管土相互作用试验研究案例的分析,简要介绍了SCR触地点的动态响应取决于一系列参数,如海床土刚度、加载状况、立管的提升速度、土的重塑时间和土吸力等,并设计了一套三维管-土相互作用的试验装置,能够为深水钢悬链线立管触地区管-土相互作用的试验研究提供参考。

关键词：钢悬链线立管触地点模型试验动态响应疲劳分析

基于非线性海床刚度模型的钢悬链线立管动力响应分析

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振动与冲击 2015年第21期34卷 82-88页

作者：白兴兰黄维平谢永和赵春慧浙江海洋学院船舶与海洋工程学院浙江舟山316022 浙江省近海海洋工程技术重点实验室浙江舟山316022 中国海洋大学山东省海洋工程重点实验室山东青岛266100

基于P-y曲线模拟钢悬链线立管(SCR)-海床相互作用的力学行为,运用弹性地基梁模拟SCR流线段,研究海床刚度模型对SCR动力响应的影响。立管与海床的相互作用取决于土刚度、立管特性和沟槽的发展等诸多因素。现在的方法大多是将海床模拟为... 详细信息

基于P-y曲线模拟钢悬链线立管(SCR)-海床相互作用的力学行为,运用弹性地基梁模拟SCR流线段,研究海床刚度模型对SCR动力响应的影响。立管与海床的相互作用取决于土刚度、立管特性和沟槽的发展等诸多因素。现在的方法大多是将海床模拟为线性或非线性弹簧系统,而没有考虑土的塑性变形和吸力效应。运用P-y曲线模拟管-土相互作用过程,内容包括:①在浮体升沉运动和波浪载荷作用下,得到了管-土作用的荷载位移曲线、贯入深度和海床分布力的变化情况;②分析立管触地点的位移、弯矩、应力等动力响应特征,与线弹性海床模型进行了比较。研究表明,非线性海床土刚度模型较为准确地模拟了土的塑性变形和约束力对立管触地区动力响应的影响,弹性地基梁单元较好地模拟了立管的流线段,荷载位移曲线也体现了土吸力的产生和释放过程。

关键词：钢悬链线立管立管-海床相互作用非线性弹性地基梁单元海床吸力

非线性管-土作用下钢悬链线立管触地区疲劳分析

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工程力学 2016年第3期33卷 248-256页

作者：白兴兰黄维平谢永和杨超凡浙江海洋学院浙江省近海海洋工程技术重点实验室浙江舟山316022 中国海洋大学山东省海洋工程重点实验室山东青岛266100

基于P-y曲线建立非线性管-土相互作用模型,分别运用大挠度曲线梁和弹性地基梁单元模拟钢悬链线立管(Steel Catenary Riser,SCR)的悬垂段和流线段,研究周期运动下管-土相互作用响应和SCR触地区的疲劳分析。SCR具有复杂的非线性动态行为,... 详细信息

基于P-y曲线建立非线性管-土相互作用模型,分别运用大挠度曲线梁和弹性地基梁单元模拟钢悬链线立管(Steel Catenary Riser,SCR)的悬垂段和流线段,研究周期运动下管-土相互作用响应和SCR触地区的疲劳分析。SCR具有复杂的非线性动态行为,特别是触地点区域,由于海床模型的不确定性,一直是数值模拟的难点。通过Fortran编写子程序嵌入CABLE3D,开发得到包括非线性管-土作用模型的新程序CABLE3D RSI,围绕SCR与海床相互作用响应和立管的整体动力分析等内容展开研究:根据时域内的动力响应,运用S-N曲线法得到触地点区域的疲劳损伤分布情况,研究有关参数对疲劳损伤的影响。结果表明:1)周期载荷作用下,立管在海床上形成的沟槽逐渐发展,相比于线弹性和刚性海床非线性海床分布力更加符合工程实际:2)海床刚度模型、土剪切强度以及吸力因子都对立管触地区的疲劳损伤具有重要影响。

关键词：钢悬链线立管管土作用响应非线性触地区疲劳分析

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基于AQWA的双浮箱-双水平板浮式防波堤水动力分析

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船舶力学 2017年第Z1期21卷 586-594页

作者：何梦程白兴兰谢永和浙江海洋大学港航与交通运输工程学院浙江舟山 316022浙江省近海海洋工程技术重点实验室浙江舟山 316022 浙江海洋大学船舶与机电工程学院浙江舟山 316022浙江省近海海洋工程技术重点实验室浙江舟山 316022

运用AQWA软件,针对双浮箱-双水平板浮式防波堤,建立不规则波作用下浮体锚链的耦合模型,研究时域情况下,改变水平板与浮箱的垂直间距,分析浮体运动响应以及锚链受力情况;并深入探讨了不同波浪周期和波高情况下水平板长度对浮体运动响应... 详细信息

运用AQWA软件,针对双浮箱-双水平板浮式防波堤,建立不规则波作用下浮体锚链的耦合模型,研究时域情况下,改变水平板与浮箱的垂直间距,分析浮体运动响应以及锚链受力情况;并深入探讨了不同波浪周期和波高情况下水平板长度对浮体运动响应以及锚链受力的影响.结果表明,增加水平板与浮箱的垂直间距和水平板长度,可以有效减小浮体运动响应和锚链受力.波高和波浪周期是浮体重要的水动力因素,波高越大,波浪周期越长,浮体运动响应越剧烈;当浮体水平板长度达到21米左右时,整个防波堤达到最佳锚泊状态.

关键词：浮式防波堤时域分析运动响应水动力分析