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极限海况下6 MW单柱型浮式风力机耦合动力响应

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上海交通大学学报 2021年第1期55卷 21-31页

作者：阳杰何炎平孟龙赵永生吴浩宇上海交通大学海洋工程国家重点实验室高新船舶与深海开发装备协同创新中心船舶海洋与建筑工程学院上海200240

为了实现单柱型浮式风力机在中等深度海域的实际规模应用,以新型6 MW单柱型浮式风力机为研究对象,在极限海况下对风力机的生存能力进行模型试验和数值模拟.模型试验采用缩尺比为1∶65.3的模型在上海交通大学海洋工程国家重点实验室进行... 详细信息

为了实现单柱型浮式风力机在中等深度海域的实际规模应用,以新型6 MW单柱型浮式风力机为研究对象,在极限海况下对风力机的生存能力进行模型试验和数值模拟.模型试验采用缩尺比为1∶65.3的模型在上海交通大学海洋工程国家重点实验室进行,得到风力机的六自由度运动响应、锚泊系统的受力情况以及危险受力点的受力情况.通过数值模拟软件对风力机的时域耦合运动响应进行了仿真计算.对数值模拟和模型试验的数据进行时域和频域分析,结果表明:数值模拟与模型试验结果最大偏差小于12%,吻合良好;风力机运功响应的能量主要集中在低频和波浪频率处;整个浮式风力机系统在极限海况下可可靠生存.通过数据分析对风力机的载荷极限状态进行了预报,为结构强度计算提供必要的理论依据和计算参数.

关键词：海上浮式风力机模型试验数值模拟耦合动力响应极限载荷预报

风浪联合作用下的钢格构式基础海上浮式风机耦合动力响应分析

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建筑钢结构进展 2021年第3期23卷 85-96页

作者：张浩王宇航闫渤文周绪红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

结合半潜式和单立柱式海上风机浮式基础的特点,提出了一种用于海上风机的新型钢格构式基础。首先,根据美国可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory,NREL)提供的5 MW海上风机样机对提出的新型浮式基础进行了结构设计。然... 详细信息

结合半潜式和单立柱式海上风机浮式基础的特点,提出了一种用于海上风机的新型钢格构式基础。首先,根据美国可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory,NREL)提供的5 MW海上风机样机对提出的新型浮式基础进行了结构设计。然后,采用水动力-空气动力-控制系统-系泊系统耦合方法对风-浪联合作用下的新型海上浮式风机的动力响应进行了分析。结果表明:钢格构式浮式基础的纵荡运动主要受风速变化影响,纵摇运动受风速-波浪变化的显著影响,而垂荡运动主要受波浪变化控制。与单立柱式浮式风机相比,钢格构式基础海上浮式风机的纵摇、横摇及艏摇响应更小,具有更好的稳定性,对比结果表明提出的钢格构式浮式基础是一种适用于深海环境下海上风机的新型浮式基础。

关键词：钢格构式基础海上浮式风机耦合动力响应风浪联合作用

海上养殖平台系泊系统耦合动力响应与疲劳计算

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船舶工程 2020年第3期42卷 109-115页

作者：林国珍扈喆张晓莹李妍李晓文集美大学轮机工程学院福建省船舶与海洋工程重点实验室福建厦门361021

以某管架式海上养殖平台为例,计算平台-系泊系统耦合时域动力响应与系泊系统疲劳寿命,分析锚链拉力统计特性、平台运动规律、疲劳损伤成分比例等因素的影响。研究发现系泊系统动力响应具有明显的非线性特征,定常漂移力对本平台系泊系统... 详细信息

以某管架式海上养殖平台为例,计算平台-系泊系统耦合时域动力响应与系泊系统疲劳寿命,分析锚链拉力统计特性、平台运动规律、疲劳损伤成分比例等因素的影响。研究发现系泊系统动力响应具有明显的非线性特征,定常漂移力对本平台系泊系统极限载荷有重要影响,而波频振荡是产生疲劳损伤的主要因素。计算结果表明,系泊缆能够有效限制平台运动,且疲劳寿命满足设计要求,可为类似平台的设计和安全性评估提供参考。

关键词：养殖平台系泊系统耦合动力响应时域求解疲劳寿命

波浪能发电平台系泊系统耦合动力响应及水动力分析

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中国海洋大学学报（自然科学版） 2019年第3期49卷 171-178页

作者：冯亮李昕史宏达韩治董晓晨何京可中国海洋大学工程学院山东青岛266100

本文以一种新型波浪能发电平台为研究对象,分别采用基于三维势流理论的软件Sesam和基于有限体积法的Flow3D软件,对平台和发电浮子进行水动力分析。应用Sesam-HydroD模块计算了平台和发电浮子在频域内的运动响应,将平台和发电浮子的垂荡... 详细信息

本文以一种新型波浪能发电平台为研究对象,分别采用基于三维势流理论的软件Sesam和基于有限体积法的Flow3D软件,对平台和发电浮子进行水动力分析。应用Sesam-HydroD模块计算了平台和发电浮子在频域内的运动响应,将平台和发电浮子的垂荡运动响应进行对比分析,结果表明,在正常海况下,平台与发电浮子垂荡运动相对幅值满足捕能系统的发电需求。应用Flow3D软件对平台整体进行水动力分析,结果表明,平台与发电浮子相对运动振幅在0.3～0.4m间,可满足发电需求。在此基础之上,应用Orcaflex软件,通过时域耦合动力分析的方法,计算了平台在自存工况和作业工况下的运动响应和系泊缆动张力响应,结果表明:在自存工况下,平台锚泊线的安全系数符合规范要求,平台具有良好的安全性能,能够适应恶劣的海洋环境;在作业工况下,平台的垂荡运动响应对波浪方向变化并不敏感,捕能系统不受波浪方向变化的影响,满足发电需求。另外,本文的研究结果能为类似的海洋平台的研究提供建议和参考。

关键词：波浪能发电平台系泊系统 SESAM 水动力分析耦合动力响应

深海风电机组-浮式基础结构-系泊系统全耦合动力响应研究

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深海风电机组-浮式基础结构-系泊系统全耦合动力响应研究

作者：张浩重庆大学

学位级别：硕士

海上浮式风机是海洋工程领域的一种新型技术,它的开发涉及多门学科的交叉应用,包括空气动力学、风机控制系统、流体力学及结构动力学等。为了更好的发展我国海上浮式风电行业,需要提出新型的海上浮式风机结构体系,并开展风-浪联合作用... 详细信息

海上浮式风机是海洋工程领域的一种新型技术,它的开发涉及多门学科的交叉应用,包括空气动力学、风机控制系统、流体力学及结构动力学等。为了更好的发展我国海上浮式风电行业,需要提出新型的海上浮式风机结构体系,并开展风-浪联合作用下的结构响应评估及优化。本文结合半潜式基础和单立柱式基础稳性特点,提出了一种新型格构式基础概念,设计并优化了格构式基础尺寸。基于风机空气动力-水动力-结构动力-控制系统耦合分析理论,研究了格构式基础浮式风机在风浪联合作用下的耦合动力响应。主要内容如下:(1)根据初步设计的格构式基础浮式风机参数,考虑浮筒直径、垂荡板直径、浮筒距中轴线距离对格构式基础水动力性能的影响,并进行了系统的参数分析,对格构式基础的结构尺寸进行了优化。然后,采用Morison方程和势流理论,分析得到了格构式基础浮式风机的水动力参数,包括附加质量、势流阻尼、波浪力(矩)以及运动幅值响应算子(response amplitude operator,RAO)。计算结果表明,本研究提出的新型格构式基础浮式风机的垂荡、纵摇及横摇固有周期分别约为23s、20s和20s,均显著高于我国海域波浪的典型周期,可浮式风机与波浪间的共振响应,具有良好的耐波性。(2)建立了风机-塔架-浮式基础-系泊系统耦合动力模型,对比分析了格构式基础浮式风机和单立柱式浮式风机运动响应,结果表明:在纵荡、横荡和垂荡三个平移自由度上,格构式基础和单立柱式浮式风机均表现良好,且性能相当;在纵摇、横摇和艏摇三个转动自由度上,格构式基础浮式风机表现优于单立柱式浮式风机,尤其是纵摇和横摇性能,具有更好的稳定性。对不同海况和浪况下的浮式风机系统的动力响应进行分析,结果表明:格构式基础浮式风机的纵荡和垂荡运动主要由风载荷引起;纵摇运动同时受风速、波浪的变化影响;在额定风速下纵摇运动幅值最大,垂荡运动受波浪的变化影响更明显。模拟了不同发风浪入射角对格构式基础浮式风机动力响应的影响,结果表明:格构式基础浮式风机的纵荡及垂荡响应受风浪入射角的变化影响较小;横荡、纵摇和横摇响应受风浪入射角影响较大;当环境荷载方向与结构体系的主轴方向不一致时,艏摇响应会稍有增大。研究了格构式基础浮式风机在1年一遇和50年一遇环境海况下的动力响应,结果表明:格构式基础浮式风机在两种极端海况下的垂荡均满足±3.5m的要求;纵摇响应满足平均俯仰角小于5°、动态俯仰角满足小于15°的要求;由于格构式基础浮式风机的对称性,其在两种极端海况下的艏摇响应均较小。(3)我国沿海地区为台风频发区域,为了研究在台风极端环境下的海上浮式风机动力耦合响应特性。首先,本文基于多个影响我国沿海区域的台风数据,采用台风模型和谐波合成法模拟生成了穿心强台风、台风过境及稳态强风三种情况下的风速时程数据格,结果表明:穿心强台风的风速时程具有较强的非平稳性,平均风速大小及方向随时间不断变化,而台风过境风速时程的非平稳性较弱。其次,模拟了穿心强台风、台风过境及稳态强风三种工况下格构式基础浮式风机的耦合动力响应,分析了风速的非平稳性对其动力响应的影响,结果表明:浮式风机塔筒底部载荷及运动响应在穿心强台风、台风过境工况下波动幅度变化较大,与外部风速变化趋势一致;由于非平稳风的风向不断变化,会引起塔筒底部产生较大的扭矩,浮式风机会产生较大的艏摇运动响应。

关键词：海上风机新型格构式浮式基础水动力性能耦合动力响应非平稳风

复杂环境中非对称半潜式起重平台及系泊系统耦合动力响应特性研究

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复杂环境中非对称半潜式起重平台及系泊系统耦合动力响应特性研究

作者：刘传艺江苏科技大学

学位级别：硕士

非对称半潜式起重平台拥有超强的吊装能力,它的结构比较新颖,不同于传统的半潜式平台,具有非对称的下船体结构,在平台主体的右侧配备有重型起重机,载有起重机的一侧的浮体尺寸明显大于另外一侧。非对称的结构会使此平台及系泊系统的水... 详细信息

非对称半潜式起重平台拥有超强的吊装能力,它的结构比较新颖,不同于传统的半潜式平台,具有非对称的下船体结构,在平台主体的右侧配备有重型起重机,载有起重机的一侧的浮体尺寸明显大于另外一侧。非对称的结构会使此平台及系泊系统的水动力及运动响应不同于常规的半潜式起重平台,所以研究其水动力及运动响应具有重要的意义。本文采用势流理论并进行相关的数值计算,对一新型非对称的半潜式起重平台及系泊系统的耦合动力响应进行研究,具体相关工作为:(1)建立三维水动力模型,根据三维势流理论对非对称半潜式起重平台进行水动力性能分析,获得非对称半潜式起重平台的运动响应幅值RAO、一阶波浪力、二阶波浪力、附加质量等计算结果,分析非对称结构对平台水动力性能的影响。结果发现:平台的横荡、横摇、艏摇运动受非对称结构的影响最大。横荡运动的90°和-90°的RAO数值存在一定偏差,90°的峰值为1.308m/m,-90°的峰值为1.302m/m。横摇90°浪向下的最大值为0.700°/m,-90°的浪向下的最大值为0.657°/m。艏摇运动主要出现在斜浪60°和-60°下,分别为0.287°/m、0.271°/m。(2)本文对非对称半潜式起重平台系泊系统特性展开研究,对系泊系统进行布置,研究系泊缆数目、系泊缆悬链松弛度等系泊系统参数,计算分析这些参数对平台运动及系泊缆受力情况的影响。结果发现:在系泊缆数目参数分析中,比较了8根和12根系泊缆下的平台运动和系泊缆张力情况,发现在同时满足规范要求的情况下,8根系泊缆的经济性更好;在研究系泊缆悬链松弛度时,选择了5种不同的松驰度的系泊缆,发现悬链松弛度为7.5的系泊缆运动性能和经济性最好。(3)对非对称半潜式起重平台及系泊进行时长3小时的时域短期预报,得到不同工况下的运动响应时历曲线,系泊张力统计值,分析总结不同方向海况下不同缆绳的分布规律以及运动响应的统计特性,并对三种工况下的系泊系统进行了安全校核。结果发现:当有义波高为6m,风浪流入射方向为-180°时,非对称半潜式起重平台系泊缆绳中受力最大的是8缆绳,系泊张力为8.29×10N,安全系数为5.33;当有义波高为2.5m,风浪流入射方向为-90°时,非对称半潜式起重平台系泊缆绳中受力最大的是4缆绳,系泊张力为3.75×10N,安全系数为11.77,这两种工况下的系泊系统都可以满足规范要求。当有义波高为13.5m时,风浪流入射方向为180°,8缆绳存在最大张力3.4671×10N,安全系数为1.28,小于规范要求的安全系数1.67,此极限海况下的系泊系统已无法满足规范要求,但没有超过破断强度,尚可以处于生存状态。所以总体来说三种工况的系泊系统基本可以满足要求。

关键词：非对称半潜式起重平台耦合动力响应系泊系统特性安全校核

深海采矿转场工况平台——水下系统耦合动力响应特性研究

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海洋工程 2024年第1期42卷 67-77页

作者：沈玉琦李焱刘汇海唐友刚中国船舶集团有限公司第七〇八研究所上海200011 天津大学建筑工程学院天津300350 天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室天津300350

针对水深6.0 km深海采矿装备,研究其转场工况平台—水下系统耦合动力响应特性。建立深海采矿平台—输浆管—中继站一体化耦合动力模型,其中采用有限元方法离散输浆管,采用势流理论计算平台水动力,基于Kalman滤波对动力定位系统进行参数... 详细信息

针对水深6.0 km深海采矿装备,研究其转场工况平台—水下系统耦合动力响应特性。建立深海采矿平台—输浆管—中继站一体化耦合动力模型,其中采用有限元方法离散输浆管,采用势流理论计算平台水动力,基于Kalman滤波对动力定位系统进行参数整定,优化动力定位系统推力。考虑动力定位系统,计算水动力和采矿平台—输浆管—中继站的频域响应和平台—水下系统耦合时域运动响应,计算得到了平台时域运动响应、水下系统动力响应及动力定位系统推力响应。结果表明:建立的一体化耦合动力分析模型是可行的,可以有效预报平台及水下系统响应;转场0°浪向动力定位系统可以有效控制平台运动;中继站运动较小,输浆管轴力较大,建议将输浆管的浮力材料移动到流速较小的水下范围,可降低拖曳力,有利于输浆管的强度性能。

关键词：深海采矿平台水下系统动力定位耦合动力响应

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风浪作用下新型格构式基础耦合动力响应分析

能源与节能 2021年第1期 2-9页

作者：兰涌森王文玲张浩闫渤文罗伟王宇航中国船舶重工集团海装风电股份有限公司重庆400021 重庆大学土木工程学院重庆400045 阳光城集团川渝区域公司重庆401122

对一种用于海上浮式风机的新型格构式基础进行研究。首先,分析了深海风电系统全耦合动力响应,研究了不同风浪入射角对格构式基础浮式风机动力响应的影响。然后,模拟了格构式基础浮式风机在极端环境海况下的动力响应。结果表明:新型格构... 详细信息

对一种用于海上浮式风机的新型格构式基础进行研究。首先,分析了深海风电系统全耦合动力响应,研究了不同风浪入射角对格构式基础浮式风机动力响应的影响。然后,模拟了格构式基础浮式风机在极端环境海况下的动力响应。结果表明:新型格构式基础浮式风机各结构部分之间存在耦合效应;风浪入射角的变化对其横荡、纵摇和横摇响应影响较大。在1年一遇和50年一遇极端海况下的垂荡、纵摇、动态俯仰角均满足要求。证明了格构式基础海上浮式风机具有很好的稳定性。

关键词：格构式基础海上浮式风机耦合动力响应入射角度极端海况

海流作用下潜标-系留系统耦合动力响应试验研究

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海洋技术 2012年第3期31卷 1-5页

作者：杨永春张会杰田伟辉袁新毛宇峰中国海洋大学工程学院山东青岛266100 中国水电顾问集团西北勘测设计研究院陕西西安710065 山东省科学院海洋仪器仪表研究所山东青岛266001

针对海流作用下,某潜标系统动力响应过大导致所载测试装置无法进行正常工作的问题,在分析该潜标系统所载装置前期海试数据基础上,采用现场测试和深水水池试验等方法,对现有潜标-系留系统耦合动力特性及系统的减振优化进行研究,得到了海... 详细信息

针对海流作用下,某潜标系统动力响应过大导致所载测试装置无法进行正常工作的问题,在分析该潜标系统所载装置前期海试数据基础上,采用现场测试和深水水池试验等方法,对现有潜标-系留系统耦合动力特性及系统的减振优化进行研究,得到了海流作用下,潜标系统耦合动力特性,提出了减振优化措施。

关键词：潜标系留系统海流作用耦合动力响应减振优化