风浪联合作用下深水半潜平台耐波性能的数值模拟

通过数值模拟方法,研究风浪联合作用下深水半潜平台的耐波性能。该方法通过建立风速与波浪相干函数模型,利用该模型获得当前深水半潜平台不同工况下风速与海浪的关系,再计算风浪联合作用下深水半潜平台的海浪作用力和风作用力,以2个数值为基础,构建深水半潜平台耐波性能数值模拟模型,在不同情况下模拟风浪联合作用下深水半潜平台耐波性能。实验结果表明:该方法可在不同波浪周期时,模拟风浪联合作用下深水半潜平台的横荡和垂荡数值,在波浪周期较小时,垂荡与横荡数值也较小,深水半潜平台的耐波能力较强;风浪角越大,在波浪周期相同时深水半潜平台的垂向弯矩数值越大,其耐波能力则较小。

风浪联合作用下OOstar平台低频运动响应分析

基于FAST建立OOstar平台的时域模型,研究风浪联合作用下平台的运动响应,采用统计学方法分析平台的不规则运动规律,利用傅里叶变换对平台运动进行频谱分析,重点关注波浪载荷差频分量及风载荷对平台低频慢漂运动的影响。结果表明:在不同海况下差频分量与风载荷均会使平台运动振幅增加,并使大振幅对应运动周期的离散性增强,而对小振幅对应运动周期的影响较小;差频分量对振幅及运动周期的影响随着海况的恶劣而增强,风载荷则相反。频谱分析表明,差频分量在不同海况下对平台自振频率处运动的激励影响均较大,风载荷则在四级海况下对平台自振频率处运动的激励影响较大,在八级海况下对平台自振频率处的激励影响较小。

风浪联合作用下船舶耐波性能的数值模拟分析

本文主要研究风浪联合作用下船舶耐波性能数值模拟分析,主要目的是通过研究优化船舶耐波性数值分析方法,为船舶安全运行模拟打好基础。在研究过程中提出以UDF造波技术和二阶Stokes波浪理论仿真海洋风浪,从而获取船舶数据,再利用船舶有限元模型实现船舶耐波性模拟。另外,为验证本方法的应用效果,分析不同波高下的耐波数值模拟精度,本文进行了试验,通过数据对比发现,风浪联合作用下的耐波形数值模拟精度更高,这充分证明了该方法值得推广应用。

新型风浪联合发电浮式平台浮筒-立柱-浮子多尺度流场演化与荷载特性

风能波浪能联合发电是实现“海上风电+”融合发展的最新模式,而风浪联合发电结构浮式平台中浮筒、立柱和浮子存在不同尺度的圆柱间干扰效应,对整个结构体系的荷载分布和整体稳定影响不可忽略。提出一种适合中国南海海况的新型风能-波浪能联合发电结构体系,再基于延迟脱体涡模拟方法分析平台内部波浪场演化过程,揭示平台区域水质点能量分布特性以及多浮体干扰机理,最后对比研究浮子对风浪联合发电平台水动力荷载的影响特性。结果表明:浮子的存在影响到两种平台各区域的水体能量变化,最大能量分布区域由波浪传播起始位置区域转变为浮子影响下波浪非线性干扰强烈的区域;浮子顺向波浪力最高达到8.27×105量级,较单浮子增幅22.3%,风浪联合发电平台中间立柱顺向波浪力极值荷载较半潜式平台减幅11.3%,但使得平台立柱所受顺向波浪荷载能量部分往高频转移。研究结论可为此类新型风浪联合发电结构体系水动力荷载设计提供科学依据。

基于风浪联合概率模型的海洋平台结构系统可靠度分析

基于多变量极值理论的联合概率模型,根据BZ28-1油田一年多的风浪同步观测资料统计得到风浪联合概率分布及其参数,讨论了海洋平台结构系统可靠度分析的等效荷载方法,在此基础上分析了JZ20-2MUQ平台结构的系统可靠度,并与不考虑风浪相关性影响的JZ20-2MUQ平台结构的系统可靠度比较,得到了风浪相关性对系统可靠度的影响情况。

基于Archimedean Copula模型的风浪联合分布第二重现期

为了较准确获得海洋结构在设计环境荷载重现期下承受的风浪荷载,简述了Archimedean Copula函数的定义及特征,定义了样本的重现期安全域概念;对常用的几种重现期和基于Archimedean Copula函数C-测度的第二重现期进行了对比分析;首次将第二重现期应用于风浪联合分布的重现期分析中,经实际数据验证,第二重现期定义严格,计算结果更接近荷载效应实际重现期.

风浪联合发电系统水动力学研究进展

随着化石能源枯竭和全球变暖等环境问题的日益严重,海洋可再生能源(海上风能、波浪能和潮流能)成为研究热点.为了有效开发海洋可再生能源,降低成本,多种能源综合开发成为现阶段的趋势.海上风能与波浪能结合具有广阔的应用前景,联合发电系统不断创新.水动力性能是联合发电系统与波浪相互作用的重要基础.本文简要介绍多种应用在联合发电系统上的水动力学数值模拟方法,包括线性频域、线性时域、势流非线性方法,以及基于Navier-Stokes方程的黏性方法,对现有文献的水动力学数值模拟方法进行综述,从计算效率和精度方面分析其优缺点,且进一步阐述水动力控制优化的技术原理与实验技术主要科研难点,为联合发电系统的水动力设计提供依据.得到以下主要结论:从计算效率上看,线性频域方法最优,其次为线性时域、势流非线性、黏性方法,从计算精度上看,与前者恰好相反;综合考虑计算效率和精度,采用考虑黏性修正的势流方法来研究是一个切实可行的方案;模型实验方法和优化控制技术目前还不够成熟,尚处于探索阶段.

风浪联合作用下电厂码头驳船系泊试验研究

文章通过几何比尺1:50的物理模型试验,对14 000 DWT驳船在风、波浪荷载不同组合工况下船舶系泊运动量、缆绳拉力、护舷承受的撞击力,以及船舶靠泊产生的撞击力和撞击能量等进行了研究。分析表明,艏艉缆与码头前沿夹角变大时可分担部分横缆受力,从而使各个缆绳的受力更为均匀;在艏、艉与码头前沿夹角为59°～60°时,港内波浪周期在12 s时,限制波浪工况为H_(4%)≤0. 6 m,满足安全的靠泊速度需小于等于0. 2 m/s。

风浪联合作用下海上风力涡轮机的碰撞阻尼减振控制

提出利用碰撞调谐质量阻尼器(Pounding Tuned Mass Damper,PTMD)控制近海单桩风力涡轮机塔身在风浪联合作用下的结构振动。为此,利用拉格朗日方程推导风浪联合作用下风机与PTMD的耦合动力方程并据此分析了相关控制效果。具体而言,结构模型方面,以美国国家可再生能源实验室(NREL)的5 MW基准单桩海上风力涡轮机为研究对象,利用非线性黏弹性模型描述阻尼装置的碰撞过程,并在塔体模型中考虑基础土壤效应。风浪外荷载方面,采用考虑普朗特叶尖损失因子(Prandtl’s Tip Loss Factor)和格劳厄特校正(Glauert Correction)的叶素动量法计算风湍流作用在叶片上的气动荷载,并利用Morison方程计算满足JONSWAP谱的随机波浪荷载。研究发现,碰撞调谐质量阻尼器对塔顶响应的控制效果较好;引入的碰撞机制使调谐质量阻尼器鲁棒性提高,使之在参数失调的情况下仍能保持较好的振动控制效果。

极值风浪联合概率模型参数估计的简化方法

介绍了多变量极值理论及在其基础上建立风速和有效波高的极值联合概率分布的方法。由于该分布参数估计过程复杂,而且对工程师有较高的要求,因而不便于工程应用。通过相关系数估计该分布的相关模型参数的方法,推导了相关样本产生及其相关系数的检验方法;通过该方法产生相关样本,分析得到了风速和有效波高间相关系数对其极值变量的Logistic相关模型参数的影响规律,建立了它们之间的函数关系式。根据该公式可大大简化风速和有效波高极值联合概率分布的参数估计,使基于多变量极值理论的极值风浪联合概率模型实用化。

基于EC法的风浪联合作用主塔-基础体系极限荷载效应

针对基于Rosenblatt映射变换的极限状态曲线计算困难的现状,提出了多维随机变量极限状态曲线的简化算法。该算法通过寻找同时满足边缘分布、联合分布和可靠指标的变量估计值,将随机变量条件分布函数及其逆函数的求解转化为边缘分布函数的求逆,从而达到简化极限状态曲线计算的目的。以某跨海大桥桥塔-基础体系为工程实例,以涠洲岛海洋站风浪同步观测资料为环境变量统计资料,通过基于Copula函数的联合分布模型构造了风浪联合分布函数,根据简化算法计算了风浪极限状态曲线,利用EC法估计了桥塔-基础体系的基底剪力极限荷载效应,并与外推法的估计结果进行了比较。结果表明,基于简化算法和EC法的跨海大桥桥塔-基础体系基底剪力极限荷载效应具有较高的准确性。

风浪联合作用下深水半潜式平台运动响应模型试验研究

以一座工作水深为1500 m的深海半潜式钻井平台为例,采用混合模型试验技术,对其在400 m等效截断水深锚泊系统系泊下进行模型试验研究,缩尺比取为1:100,分别进行了静水试验、规则波以及不规则波试验。对比数值计算结果与试验结果,对平台的运动响应进行研究分析。

浮式风机在风浪联合作用下的动力响应分析

为了研究浮式风机以及系缆张力响应问题,本文基于三维线性频域势流理论和脉冲响应函数方法计算时域波浪力,利用准静定系泊模型来模拟系泊力,通过叶素动量理论来计算风力,采用计算流体力学方法得到粘性阻尼系数,建立了风机在风浪联合作用下的时域运动方程。结果表明:在规则波与不规则波单独作用下的纵荡、垂荡响应与试验值相吻合,系缆张力响应则偏小于试验值;在不规则波与风联合作用下,所得的纵荡、垂荡响应在波频范围内与不规则波单独作用下的结果相差不大,而系缆张力响应则同样偏小于试验值。

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

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。

风浪联合作用下多台浮式风机的数值模拟

以3台串列排布的NREL-5 MW半潜式浮式风机为研究对象,采用FAST.Farm软件对其进行全耦合仿真,通过设定不同风浪联合作用的工况,分析不同风浪联合作用下多台浮式风机的发电功率以及载荷变化情况。结果表明:在湍流风和不规则波联合作用下,当实际风速低于额定风速时,下游风机在上游风机尾流干扰下致使发电功率和载荷波动较大;当实际风速大于或等于额定风速时,下游风机的发电功率和载荷波动较小,基本不受上游风机的尾流干扰。结果验证了浮式风机更适合深海高风浪区域,可为今后建立深海海上风电场提供参考。

55000 t散货船在风浪联合作用下的系泊试验研究

通过几何比尺1∶50的物理模型试验,对55 000 DWT散货船在风、浪不同组合条件下船舶系泊的运动量、系缆力以及船舶靠泊产生的撞击力和撞击能量进行了研究。分析表明系缆方式二艉横缆的缆绳长度比系缆方式一增加2.0～3.8倍时,使得横缆受力有所减小,艏、艉缆和艏、艉横缆绳受力更为均匀;在推荐的系缆方式二中,港内波浪周期在12 s时,从受力角度来看,限制波浪工况为H4%≤0.5 m;从运动量角度来看,限制波浪工况为H4%≤0.6 m。文章在上述分析的基础上,推荐了合理的系缆方式,为工程设计提供了参考。

风浪联合作用下半潜式平台运动响应分析

提出风浪联合作用下深海半潜式生活平台随机运动响应的分析方法。首先,基于50对现场实测风速和波浪数据的相干函数分析,提出深海脉动风速和波浪过程的相干函数模型及其参数估计方法,并由平均样本相干函数估计出模型参数;其次,由脉动风速和波浪的互谱密度矩阵生成深海风速和波浪的随机样本,建立基于风、浪时历输入的SeSam软件分析技术,计算平台的随机运动响应样本;最后,利用移位广义对数分布(Shift Generalized Lognormal Distribution,SGLD)模型和Gumbel Copula,建立平台随机运动响应联合极值分布的估计方法。实际平台的随机风和浪运动响应分析,验证了本文提出方法的有效性。本文的研究对深海半潜式生活平台的安全性和可靠性评估具有一定的参考价值。

风浪联合作用下海上风电机组塔筒疲劳寿命分析

为获取某型8 MW海上风电机组塔筒疲劳寿命,开展了风浪载荷联合作用下塔筒疲劳损伤特性分析。给出了塔筒在单位循环时间内不同工况下疲劳损伤度计算方法。基于疲劳损伤线性扩展理论,计算了塔筒在不同工况下的年疲劳损伤度,进而得到塔筒的疲劳寿命。计算结果表明,采用理想S-N曲线时,塔筒的疲劳寿命为31.2年,大于设计寿命25年。分析了平均应力、粗糙度和结构尺寸对S-N曲线的影响。当平均应力修正选取Goodman方法,粗糙度系数取为0.473,尺寸修正系数取为0.639时,塔筒的疲劳寿命为26.7年,下降了14%。计算了不同粗糙度下塔筒的疲劳寿命。计算结果表明:随着粗糙度系数的减小,塔筒的疲劳寿命随之减少,当粗糙度系数为0.287时,塔筒疲劳寿命值约为25年。

风浪联合作用下翼型风帆助推船舶稳性分析

为实现碳达峰、碳中和目标,翼型风帆助推技术日益受到重视。海洋风能可借助风帆结构推船前进,达到节能减排目的,但同时也会产生作用于船体的横摇力矩。风、浪随机载荷联合作用,为风帆船舶在波浪中的动稳性预报提出了新挑战。为此,考虑了多组风谱、浪谱、风向和浪向,采用谱分析法和时域分析法研究了风浪联合作用下船舶动稳性。谱分析法未考虑系统的非线性,时域分析法考虑了横摇回复刚度的非线性。研究发现风谱对目标船舶动稳性影响很小,波浪谱影响较大;针对该文算例,横摇非线性不可忽略。研究结论可为风浪随机载荷联合作用下翼型风帆助推船舶动稳性研究提供理论参考。

Spar式风机基础在风浪联合作用下运动响应研究

该文基于AQWA软件进行了Spar式风机基础系统的水动力性能研究。通过时域方法,研究系统在三种典型工况下的运动响应,计算运动响应时考虑了风浪联合作用。最后采用统计方法计算得到响应的均值、方差、最大值和最小值。