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基于无模型自适应控制的半潜式平台运动性能研究

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振动与冲击 2024年第2期43卷 88-96页

作者：余杨张鹏辉成司元张文豪余建星天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072 天津大学天津市港口与海洋工程重点实验室天津300072

南海海域油气资源极其丰富,半潜式平台在该海域工作时常常面临着系泊失效这一重大危险情况。该研究以一艘装配有悬链式系泊系统和DP-3动力定位系统的半潜式平台为研究对象,利用AQWA软件开展系泊失效前后半潜式平台运动性能研究。同时,... 详细信息

南海海域油气资源极其丰富,半潜式平台在该海域工作时常常面临着系泊失效这一重大危险情况。该研究以一艘装配有悬链式系泊系统和DP-3动力定位系统的半潜式平台为研究对象,利用AQWA软件开展系泊失效前后半潜式平台运动性能研究。同时,借助于AQWA软件二次开发功能,将无模型自适应控制作为动力定位系统控制理论,以研究半潜式平台系泊失效后运动性能恢复。数值仿真模拟结果表明,采用无模型自适应控制作为动力定位系统控制理论的半潜式平台能很好地恢复系泊失效后的运动性能,有效地减小系泊失效带来的危害;基于偏格式动态线性化和全格式动态线性化的无模型自适应控制比基于紧格式动态线性化的无模型自适应控制能让半潜式平台更快地恢复运动性能。

关键词：半潜式平台系泊失效无模型自适应控制动力定位系统运动性能

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内孤立波作用下缓波形立管动力特性研究

船舶力学 2024年第6期28卷 803-817页

作者：余杨刘晓伟李振眠孙若飞杨政龙徐立新天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室天津300072 天津大学天津市港口与海洋工程重点实验室天津300072

我国南海活跃着大量内孤立波,严重威胁海洋工程作业的安全。本文采用向量式有限元方法分析内孤立波作用下深海缓波形钢悬链立管动力特性,建立考虑触地段土反力和内孤立波载荷的缓波形钢悬链立管动力模型,根据mKdV方程求解内孤立波载荷,... 详细信息

我国南海活跃着大量内孤立波,严重威胁海洋工程作业的安全。本文采用向量式有限元方法分析内孤立波作用下深海缓波形钢悬链立管动力特性,建立考虑触地段土反力和内孤立波载荷的缓波形钢悬链立管动力模型,根据mKdV方程求解内孤立波载荷,基于向量式有限元梁单元编制Fortran计算程序。分析不同入射角内孤立波作用下立管的位移极值、张力及弯矩变化趋势,并比较缓波形立管与简单钢悬链立管在内孤立波作用下的动力特性。结果表明:内孤立波作用下,缓波形钢悬链立管会有较大的位移响应,特别是顶部悬垂段会有较大的水平位移;缓波形立管比简单钢悬链立管有更显著的张力变化幅值,有更加复杂的弯矩变化趋势。

关键词：缓波形钢悬链立管内孤立波向量式有限元 KdV理论动力响应

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铰接式基础风力机多目标优化及动力响应研究

哈尔滨工程大学学报 2024年第1期45卷 9-16页

作者：章培李焱唐友刚杨树耕曲晓奇天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300350 天津大学港口与海洋工程天津市重点实验室天津300350 天津大学建筑工程学院天津300350

针对一种新型铰接式基础风力机的基础结构设计与优化问题,综合考虑风力机运行安全稳性、经济成本及运动性能等多方面因素,本文建立了高维三目标优化数学模型,采用一种基于参考点的非支配排序多目标遗传算法(NSGA-Ⅲ)对风力机基础结构尺... 详细信息

针对一种新型铰接式基础风力机的基础结构设计与优化问题,综合考虑风力机运行安全稳性、经济成本及运动性能等多方面因素,本文建立了高维三目标优化数学模型,采用一种基于参考点的非支配排序多目标遗传算法(NSGA-Ⅲ)对风力机基础结构尺寸进行优化设计研究,利用模糊优选方法,对所得到的帕累托解进行模糊评价,得到满足不同评价指标下的最优方案;并在此基础上,采用空气动力-水动力-结构耦合分析方法,利用Matlab在时域内编写运动控制方程进行动力响应分析。计算结果表明:额定风速海况下,所设计的铰接式基础风力机满足安全发电作业要求,同时相比于初始设计方案,基于多目标优化算法及模糊评价所设计的基础结构无论是运动及载荷性能都更加优越,经济成本更低;相关算法及优化流程也为后续不同基础形式的优化设计工作提供了新思路和参考。

关键词：非支配排序多目标遗传算法优化设计模糊优选模糊评价评价指标耦合分析动力响应

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畸形波对SPAR型浮式风力机基础的影响

华中科技大学学报（自然科学版） 2024年第4期52卷 22-29页

作者：李昊然李焱李耀隆王宾天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300350 天津大学天津市港口与海洋工程重点实验室天津300350 天津理工大学海洋能源与智能建设研究院天津300384

采用相位调制法生成畸形波波面时历,在时域内模拟该原始畸形波作用下SPAR(立柱)型浮式风力机运动,分析其浮式基础的运动规律.结果表明SPAR型浮式基础的纵荡和纵摇对畸形波的起伏程度变化更加敏感.起伏程度较大的畸形波会使SPAR型浮式基... 详细信息

采用相位调制法生成畸形波波面时历,在时域内模拟该原始畸形波作用下SPAR(立柱)型浮式风力机运动,分析其浮式基础的运动规律.结果表明SPAR型浮式基础的纵荡和纵摇对畸形波的起伏程度变化更加敏感.起伏程度较大的畸形波会使SPAR型浮式基础第一纵荡峰值增大,第二纵荡峰值减小,并使纵摇的瞬态幅度增大,且第一纵荡峰值随畸形波的起伏程度增加呈现出较弱的非线性增加趋势.当起伏程度增大5%时,第一纵荡幅度比原始畸形波作用时增大5.3%,纵摇幅度比原始畸形波作用时增大5.4%.冲击高度较大的畸形波会减小浮式基础纵摇,对纵荡影响并不明显,当冲击高度增大5%时,纵摇幅度比原始畸形波作用时减小2.3%.

关键词：畸形波 SPAR型浮式风力机基础运动冲击载荷波浪起伏程度冲击高度

局部系泊失效下半潜式平台系泊韧性评估方法研究

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安全与环境学报 2024年第3期24卷 836-845页

作者：余杨张文豪吴静怡张鹏辉余建星天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室天津300072 天津大学天津市港口与海洋工程重点实验室天津300072

半潜式平台系泊失效会引发重大安全问题,为研究局部系泊失效下半潜式平台系泊韧性水平,构建系泊失效至恢复全过程的平台性能水平曲线,并将系泊韧性量化为吸收、适应及恢复3部分。基于平台运动响应及恢复操作构建相应的韧性定量评估指标... 详细信息

半潜式平台系泊失效会引发重大安全问题,为研究局部系泊失效下半潜式平台系泊韧性水平,构建系泊失效至恢复全过程的平台性能水平曲线,并将系泊韧性量化为吸收、适应及恢复3部分。基于平台运动响应及恢复操作构建相应的韧性定量评估指标,并利用CRITIC(Criteria Importance Through Intercriteria Correlation)法进行赋权,进而得到韧性评估3层指标体系。以规则波作用下的南海某半潜式平台为实例,在ANSYS@AQWA TM中建立其数值模型以进行水动力计算,并运用构建的评估指标体系进行系泊韧性评估。结果显示:半潜式平台系泊韧性水平与吸收、适应和恢复能力具有一致相关性,且浪向对角线立柱下两根系缆同时失效时系泊韧性水平最高,同一立柱下两根系缆同时失效时系泊韧性水平最低。

关键词：安全工程局部系泊失效韧性评估半潜式平台评价指标失效位置

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深海环境下金属点蚀进程及诱导应力演化

天津大学学报（自然科学与工程技术版） 2024年第7期57卷 741-750页

作者：亢一澜秦梦斐谢海妹韩彬张茜天津大学机械工程学院天津300350 天津市现代工程力学重点实验室(天津大学) 天津300350

局部腐蚀产生的应力是影响海洋服役装备寿命与稳定性的关键因素.针对深海钢材料的点蚀力学问题,采用关联腐蚀与诱导应力的方法展开研究,建立了基于Nernst-Planck传质方程的腐蚀模型与腐蚀诱导应力模型,结合COMSOL多物理场仿真软件实现... 详细信息

局部腐蚀产生的应力是影响海洋服役装备寿命与稳定性的关键因素.针对深海钢材料的点蚀力学问题,采用关联腐蚀与诱导应力的方法展开研究,建立了基于Nernst-Planck传质方程的腐蚀模型与腐蚀诱导应力模型,结合COMSOL多物理场仿真软件实现了深海点蚀全进程中力-电化学信息的协同表征,其关键技术有两个,一是基于腐蚀膨胀理论给出了应力与腐蚀参量之间的联系,二是以产物堆积增厚与基底腐蚀减薄的面积比确定了腐蚀膨胀率,给出了腐蚀进程中电流密度、形貌、诱导应力等参量随时空的非线性演化规律.结果表明:空间分布上,深海环境下的腐蚀呈深挖状,蚀坑中心处的电流密度最大、腐蚀程度最深,腐蚀诱导应力存在明显的集中效应,力、电化学参量随着远离蚀坑中心呈现出发散状的削弱趋势;时序演化上,电流密度随腐蚀年限减小,腐蚀进程因此逐年放缓,然而,由于蚀坑中心尖锐程度的加剧,腐蚀诱导应力的非线性增加却愈发剧烈.在此基础上,研究了腐蚀产物形貌对应力的影响,对比了简化椭球形产物与模拟所得实际形貌产物两种情况的腐蚀诱导应力,结果表明实际形貌产物最大拉应力高于椭球形的最大应力,误差超过50%,指出点蚀研究中忽略蚀坑的深挖动力学特征会给腐蚀相关的力学研究带来偏差.

关键词：腐蚀力学模型腐蚀诱导应力腐蚀膨胀率力-电化学时空非线性演化点蚀

热输入对埋弧增材厚壁构件微观组织与冲击韧性的影响

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材料导报 2024年第11期38卷 179-183页

作者：王虎武少杰董翼纶程方杰天津大学材料科学与工程学院天津300350 天津市现代连接技术重点实验室天津300350

本研究采用埋弧增材工艺,利用不同热输入制备了大壁厚试验件,分析了热输入对埋弧增材厚壁构件微观组织与冲击韧性的影响,为核电、海洋平台等领域利用增材制造技术制备大型构件提供了理论基础。结果表明:低热输入下所有沉积金属都经过了... 详细信息

本研究采用埋弧增材工艺,利用不同热输入制备了大壁厚试验件,分析了热输入对埋弧增材厚壁构件微观组织与冲击韧性的影响,为核电、海洋平台等领域利用增材制造技术制备大型构件提供了理论基础。结果表明:低热输入下所有沉积金属都经过了完全的内生性热处理,组织上呈现为均匀细小的等轴晶形态,-60℃夏比冲击吸收功均值约为280 J,最低值也在200 J以上,低温冲击韧性优异;高热输入下沉积金属没有经过完全的内生性热处理,组织中出现了未完全重结晶带,残留了少量原始沉积态的粗大柱状组织,-60℃夏比冲击吸收功均值约为100 J,最低值只有9 J,分散度很大,冲击韧性不稳定。冲击吸收功的大小与试样缺口附近的微观组织形态有关:当缺口恰好开在完全重结晶区时,冲击功很高,形成典型的韧性断口;当缺口开在未完全重结晶带上时,冲击功很低,表现为脆性断口。要保证优异的低温冲击韧性,埋弧增材需要合适的热输入,因为过高的热输入会导致层间出现未完全重结晶组织,这是恶化其低温韧性的根源所在。

关键词：埋弧增材内生性热处理显微组织冲击韧性断裂性能

淹没水平板—海草床生态型防波堤消浪性能研究

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海洋工程 2024年

作者：孟钰婕李雪艳贺铭隋钰程张旭峰天津大学天津市港口与海洋工程重点实验室鲁东大学山东省海上航天装备技术创新中心上海交通大学海洋工程全国重点实验室

淹没水平板能够抵御波浪且不阻碍水体循环，海草床具有净化水质、固碳和保护岸堤的作用，因而设计了一种将海草床种植在淹没水平板上的生态型防波堤。进一步使用光滑粒子流体动力学方法建立数值波浪水槽，通过对文献中物理试验的数值重... 详细信息

淹没水平板能够抵御波浪且不阻碍水体循环，海草床具有净化水质、固碳和保护岸堤的作用，因而设计了一种将海草床种植在淹没水平板上的生态型防波堤。进一步使用光滑粒子流体动力学方法建立数值波浪水槽，通过对文献中物理试验的数值重现，验证了波浪与可渗介质及与淹没水平板相互作用的可靠性，并对以可渗介质模型替代海草床的中值粒径参数进行了标定。在此基础上，研究了不同海草床茎枝密度、海草床高度、水平板淹没深度和波高下生态型防波堤的波浪透反射系数。结果表明，种植海草床可提升淹没水平板的波浪抵御能力。增大海草床的种植密度和相对高度、减小水平板的相对淹没深度、在相对波高较大的海域使用均有助于提升生态型防波堤的消浪性能。

关键词：淹没水平板海草床生态型防波堤光滑粒子流体动力学数值波浪水槽波浪透反射

考虑尾流干涉的浮式风电场发电性能分析与布置优化研究

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中国造船 2024年第4期65卷 156-167页

作者：李昊刘利琴邓万如刘东升李焱刘旭平天津大学水利工程智能建设与运维全国重点实验室天津300072 中国石油集团海洋工程有限公司天津分公司天津300457

浮式风电场系统的布局不仅要考虑风浪的影响,而且要关注风机间尾流的干涉作用。论文针对直线排布的浮式风电场进行多风机、尾流气动、结构变形、伺服控制、平台运动、系缆系统和波浪载荷的耦合计算,并结合Bastankhah尾流解析模型分析各... 详细信息

浮式风电场系统的布局不仅要考虑风浪的影响,而且要关注风机间尾流的干涉作用。论文针对直线排布的浮式风电场进行多风机、尾流气动、结构变形、伺服控制、平台运动、系缆系统和波浪载荷的耦合计算,并结合Bastankhah尾流解析模型分析各参数对风电场总功率的影响,寻找影响风电场整体运行性能最重要的因素,以及在特定海域风电场中减弱尾流干涉的方法。

关键词：浮式风电场尾流干涉耦合模型参数影响分析