随机风-浪联合传播数值模拟及分析

海洋风、浪往往同时传播,同步传播过程中风、浪之间具有显著的相互耦合作用。针对海洋脉动风和随机波浪同步传播的数值仿真需求,基于程序开发平台MATLAB和计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)软件平台Fluent,提出了一种随机风场和随机波浪联合传播数值模拟方法,基于该数值方法构建了随机风-浪联合传播数值水槽,并对该数值水槽单独随机风、单独随机波浪以及随机风-浪联合传播的数值模拟效果进行了试算和验证分析。结果显示该水槽数值模拟脉动风速与对应理论计算风速相吻合,水槽数值模拟随机波浪与对应理论计算随机波浪相吻合,水槽风-浪联合数值模拟显示了风、浪之间显著耦合作用效应。建立的随机风-浪联合数值水槽在随机风和随机波浪同步传播的数值仿真上具备可靠性及可应用性。研究内容为海上风、浪环境要素耦合效应研究及海洋工程结构风-浪联合作用相关研究提供了平台基础。

半潜式海洋平台风场模拟及风浪致结构动力效应分析

研究半潜式海洋平台风压风载模拟,分析风浪致结构动力效应。以我国先进的海洋石油981平台为工程背景,运用FLUENT软件进行脉动风作用下结构的非稳态分析,针对平台不同倾斜度,计算不同入射风向角下平台的整体风载荷,确定最不利工况条件。利用ANSYS软件建立半潜式海洋平台主体和锚泊系统的一体化有限元力学模型,数值模拟随机风荷载和随机波浪荷载,计算最不利工况时在风浪荷载联合作用下半潜式海洋平台结构系统的动力响应,分析其动力响应规律,为海洋平台的设计及安全运行提供依据。

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。

海上浮式风机的一体化建模及其整体可靠性

基于整体可靠性的结构设计方法是保障海上浮式风机结构安全性与经济性,使得浮式风机能够适用于大规模深远海风能开发的关键。本文首先简要评述了浮式风机结构建模与可靠性分析的主要方法。为了分析风-浪联合作用下浮式风机结构的整体可靠性,介绍了结合多体动力学理论与有限元方法的浮式风机结构一体化耦合动力学分析模型。同时基于我国南海某场址长期风-浪再分析数据,并采用Copula方法建立风-浪多参数非线性相关的联合概率分布模型,从而合理考虑风-浪联合作用。在此基础上,引入概率密度演化理论,实现浮式风机结构的整体可靠性高效分析。针对海上风机结构国际设计规范中定义的极端风剪不利工况,采用上述方法进行了额定风速和极端风剪条件下海上单柱式浮式风机结构的整体可靠度分析。

基于AQWA的漂浮式风力机驳船式平台的动态响应

为研究漂浮式风力机驳船式平台的动态响应,建立基于ITI Energy Barge平台的NREL 5MW漂浮式风力机模型。通过辐射/衍射理论并结合有限元方法,调用水动力学软件AQWA,考虑风、浪、流环境的联合作用,对平台的动态响应进行数值模拟分析,得到了各波浪力随波浪频率的变化及平台在纵荡、垂荡和纵摇方向上的动态响应。结果表明:平台在低频波浪时容易出现较大响应;随着海洋环境恶劣程度的增加,平台的动态响应增大;平台在垂荡方向RAOs要大于纵荡方向。

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。