海上风电吸力桶结构分析

针对实际工程条件,创新性地设计一种全新吸力筒形式,并借助SACS软件构建综合考虑土壤影响的吸力筒导管架风机模型。在极端工况下,详细分析该结构的性能。结果表明,在外部极端载荷作用下,导管架结构可满足工程要求,确保结构的整体稳定。采用Abaqus软件对过渡段和吸力筒部分强度进行精确校核,计算结果表明两者的强度均满足设计和使用需求,具备足够的承载潜力和稳定性。分析表明新设计的吸力筒在复杂工程背景下表现出色,为类似工程的设计与优化提供了可靠参考依据,同时也丰富海上风电吸力桶基础的研究与实践。

介电功能梯度绝缘子设计中的电场优化方法对比

将介电功能梯度绝缘(d-FGI)应用在绝缘件上,可以显著改善绝缘件的电场分布,进而有效提升其绝缘性能。在d-FGI绝缘件的设计中,如何选取最佳的介电参数(电导率/介电常数)分布,是该领域研究的关键问题。文中分别采用3种不同类型的算法,对圆台绝缘子模型进行不同形式的介电参数分布优化:基于智能优化算法,对绝缘子进行双层式介电梯度优化;基于迭代优化算法,进行多层式介电梯度优化;基于拓扑优化算法,进行逐点式介电梯度优化。从优化结果中可以看出,这3种优化算法均可有效降低平行平板电极圆台绝缘子结构中电极—绝缘—气体氛围"三结合点"附近的电场强度,进而有望提升绝缘子的耐电强度。进一步地,发现在3种d-FGI设计方法中,逐点式介电梯度拓扑优化方法的电场优化效果更加显著,具有更高的灵活性和先进性。

体/表面介电功能梯度绝缘子的电场仿真及优化效果对比

介电功能梯度绝缘可以在不增加绝缘子几何结构复杂度的前提下,有效改善其电场分布,进而提升其沿面闪络电压。目前,介电功能梯度绝缘子(dielectric functionally graded insulator,d-FGI)的设计、制造及应用已经成为电气绝缘领域的热点问题。随着研究的深入,研究者们提出了两种不同类型的d-FGI:体介电梯度绝缘子和表面介电梯度绝缘子。为比较两种梯度分布形式的电场调控效果,基于有限元迭代算法,分别对这两类绝缘子的介电常数分布进行了优化设计。优化结果表明,相比于未优化的匀质绝缘子,体梯度和表面梯度绝缘子的沿面最大场强均可降低70%以上,优化效果显著。通过考察介电常数上限、分层数等影响因素,对两类梯度绝缘子的优化效果进行了对比分析,结果表明表面梯度绝缘子的表面层厚度是影响其与体梯度绝缘子之间优化效果差别的关键因素。

冰激结构频率锁定振动的发生机理及简单分析方法

冰激结构频率锁定振动是冰区海洋工程结构的危险工况.对频率锁定振动过程的传统机理解释没有体现这一过程的全部物理特征,导致现有的分析方法无法准确分析这一问题.本文基于对现场测量结果的分析,提出了一种海冰韧性损伤-破碎过程与结构振动耦合导致频率锁定振动的机理.该机理认为,海冰在直立结构频率锁定振动过程中发生韧性损伤-破碎行为,海冰的韧性损伤-破碎与结构运动相位耦合,导致了频率锁定振动.海冰对结构作用产生的载荷为锯齿形,作用过程可以分为加载和卸载两个阶段,其中加载阶段时间长度约为卸载阶段3倍以上.在加载阶段,结构从平衡位置先与海冰运动方向相反振动到反向最大振幅位置后回摆,然后与海冰同向运动到正向最大振幅位置,这段过程中海冰与结构接触部位内部产生裂纹并扩展但未发生主要的破碎,在此阶段海冰发生韧性损伤;在卸载阶段,结构从最大振幅位置向平衡位置回摆,结构与海冰运动方向相反,这一过程中应变速率的突然增大导致裂纹加速扩展并失稳开裂,此时带有韧性损伤的海冰发生破碎.基于这一新的机理解释,本文提出了一种冰激结构频率锁定振动幅值的简单分析方法.该方法认为海冰破碎长度是频率锁定振动的关键参数.理想状态下,海冰破碎长度约为结构水线处振动幅值的2.2倍.当冰速接近海冰破碎长度与结构自振周期的比值时,结构会发生频率锁定振动.该方法对评估海洋工程结构频率锁定振动的发生概率及疲劳损伤具有指导意义.

新型北极冰区半潜式钻井平台及其系泊定位能力分析

为降低北极海上油气勘探开发成本,迫切需要适合北极作业的海洋工程装备。针对这一问题提出一种可以用于北极海上钻井作业的新型半潜式钻井平台概念。该平台采用6立柱双浮筒形式,平台立柱上部设计为倾斜形式以降低作用在平台上的冰载荷。为保证破碎后的海冰不影响钻井作业,平台设计立管防护装置和锚链防冰装置。分别对平台设计条件、主尺度、系泊系统设计情况进行介绍,并采用商业分析软件对平台在夏季和有冰季节的系泊定位能力进行分析。分析结果表明:该半潜式钻井平台可在北极夏季开阔水域和冬季海面结冰情况下进行钻井作业;平台可在1.0 m厚的海冰作用下保持作业能力,在1.5 m厚的海冰作用下保持自存能力;平台系泊定位能力满足北极钻井作业的要求。