导管架式一体化风机在冰载荷作用下的耦合响应研究

海上风电是世界上发展最快的可再生能源之一.寒区蕴藏着丰富的风能资源,设计和建造用于结冰海域的风电结构的关键要求是其应具备一定的抗冰性能.本文研究了全耦合导管架式海上风力发电机在冰载荷作用下的结构动态响应;在数值仿真软件FAST中建立了一体化风机数值模型,该模型包含其空气动力属性、水动力属性、机械属性和结构弹性属性;研究了导管架风机基础的直立桩腿和加装了抗冰锥体后的桩腿的抗冰性能差异;并计算分析了不同冰厚和冰速对于风机动态响应的影响.结果表明:海冰厚度越大,导管架底座的结构响应和振荡幅度越大;海冰速度越大,其结构响应和振荡频率越快;导管架桩腿在安装抗冰锥体后的结构响应和振荡幅度明显降低.本文还计算分析得到了抗冰性能最佳的锥体角度.     

码头前系泊船舶撞击速度研究

采用时域数值模型,对横浪作用下码头前系泊船舶的运动响应进行了研究,分析了波高、周期、水深、船舶尺度及码头型式等因素对撞击速度的影响.结果表明:当波浪周期小于般舶自振周期时,撞击速度随波高的增加线性增长;波浪周期越大,撞击速度越大;船舶装载度(吃水)越小,撞击速度越大;墩式码头(无限开敞水域)中系泊船舶的撞击速度大于岸壁...     

基于AQWA的双浮箱-双水平板浮式防波堤水动力分析

运用AQWA软件,针对双浮箱-双水平板浮式防波堤,建立不规则波作用下浮体锚链的耦合模型,研究时域情况下,改变水平板与浮箱的垂直间距,分析浮体运动响应以及锚链受力情况;并深入探讨了不同波浪周期和波高情况下水平板长度对浮体运动响应以及锚链受力的影响.结果表明,增加水平板与浮箱的垂直间距和水平板长度,可以有效减小浮体运动响应和锚链受力.波高和波浪周期是浮体重要的水动力因素,波高越大,波浪周期越长,浮体运动响应越剧烈;当浮体水平板长度达到21米左右时,整个防波堤达到最佳锚泊状态.     

不同因素对潜堤波浪传播的影响

针对波浪穿过梯形潜堤时的波浪形态沿程变化问题,以梯形潜堤为研究对象,通过二维水槽试验,研究梯形潜堤上规则波的传播特征。以比波高为参数分析不同波浪要素(波高、周期和水深等)对波浪传播变形的影响。试验结果表明,其他条件不变时,入射波高越大、波浪周期越小、堤顶淹没水深越小时,波高在潜堤上方衰减越明显。在有足够水深,且波高较小时,波浪对潜堤均有良好的穿透性;波高较大时,波浪在潜堤上部发生破碎,波浪穿过潜堤后波高衰减,此时潜堤的消波作用明显;在波浪不发生破碎情况下,较长周期波浪在潜堤顶部比波高增大,且出现双峰值。     

波浪作用下起重船-吊物系统耦合运动响应数值模拟

起重船舶在外海作业时受长周期涌浪的影响,吊物会发生大幅度晃动,严重时会影响施工效率和海上施工安全,为解决该问题,需对起重船-吊物系统在波浪中作业时的耦合运动响应规律进行研究.文章建立起重船-吊物系统的计算模型,通过频域计算分析得到起重船运动响应幅频算子;对起重船-吊物耦合系统进行时域模拟,研究波浪周期和吊绳绳长对吊物及船体运动响应的影响.计算结果表明,吊物是否发生大幅度共振与船体总体参数、波浪周期和吊绳长度有关;吊绳越长,吊绳承受的张力越大;波浪周期对吊绳张力的影响较小;吊物晃动对船体运动响应幅值的影响较小.     

三浮体式海上风电基础结构响应研究

采用SESAM软件包对一种三浮桶式海上风电基础结构进行了运动响应计算。采用GeniE模块建立了该三浮桶海上风电基础结构的结构模型和水动力模型,并在HydroD模块中进行了组合载荷以及运动响应的计算,对其水动力特性进行了分析。在其中的波浪载荷计算过程中,采用基于三维水动力理论的设计波方法。     

近海单桩风机在波浪地震联合作用下的动力特性分析

针对典型单桩海上风机结构,利用ANSYS建立有限元模型,并根据实际情况选取3种地震加速度激励和两个水深的波浪荷载,对结构进行地震单独作用动力分析以及地震与波浪联合作用下动力分析.对比分析结果表明:地震发生时,在水位较低、波浪较小的情况下,结构主要以地震作用引起的响应为主,波浪引起的响应相对较小;若地震发生的同时伴有极端恶劣海况,则结构响应较大;波浪对结构下部响应有较大的影响;由于地震加速度峰值与波浪力峰值之间存在相位差,所以两者联合作用时,结构的响应也会有减小的情况发生.由此可见,地震发生时波浪的存在将对结构动力响应造成不同程度的影响,在进行海上风机设计时,有必要考虑地震与波浪联合作用的情况.     

沉管沉放等待阶段不同动力要素下的数值模拟研究

本文以港珠澳大桥岛隧工程为背景,采用基于势流理论的ANSYS/Workbench/AQWA,建立沉管浮驳管段的数值计算模型进行时域分析,研究了JONSWAP谱作用下,谱峰周期、有效波高和波浪入射角对沉管-浮驳系统在沉放等待阶段的最大缆力的影响。研究结果表明:当波浪频率接近系统固有频率时,会产生较大的系泊缆力;系统的系泊缆力随着有效波高的增大而增大,且波浪入射角越大,增大趋势越明显;不同谱峰周期下,系泊缆力随波浪入射角的变化规律不一致。     

波浪运动对风机基础结构的动力响应影响

随着海上风电的发展，海上风机基础的动力响应越来越引起人们的关注。在以往的设计中，一般只考虑静态的波浪力，忽略波浪的动力响应，根据静态波浪力来校核基础结构强度。本文以海上固定式三桩钢结构风机基础，江苏沿海潮间带海域的环境条件和地质数据，论述其波浪动力响应对结构的影响。     

导管架施工期稳定性试验研究

导管架是导管架码头结构的重要组成部分。通过波浪作用下的导管架施工期的稳定性物模试验研究,给出了导管架在不同波浪作用下海上拖运时的拖缆力、现场海域漂浮时的稳定性及锚缆力、吊装就位时的起吊力。为导管架在拖航、漂浮与吊装就位各阶段的施工工艺提供试验依据,也为我国码头工程应用导管架结构提供参考。     

斜向长周期涌浪作用下斜坡式防波堤结构稳定性优化

海外港口工程大部分位于以长周期涌浪影响为主的海域,长周期涌浪对防波堤的作用尚未得到全面认识和研究,尤其是斜向入射的情况。以某一具体港口防波堤工程为例,通过波浪局部整体物理模型试验,对斜向长周期涌浪作用下斜坡堤结构的稳定性进行了研究,并根据试验结果对原方案进行优化,提出了稳定的斜坡堤结构。研究结果表明,斜向波浪作用时,相同水深、波向以及波高情况下,入射波浪周期越长则护面块石失稳率越大;相同水深、波高以及波浪周期情况下,波浪15°角斜向入射时沿堤形成的沿堤流对护面的冲蚀破坏作用比波浪基本顺向入射时的情况更为强烈,护面块石失稳率相比较大。     

海上测风塔结构冰振响应分析

为明确海冰作用下高耸结构的冰振响应问题,以渤海冰区海域某海上测风塔为例,对比测风塔与渤海导管架平台的动力特性,确立测风塔的冰载荷模型。基于ANSYS软件对测风塔结构在不同冰况下的抗冰性能进行分析,结果表明,冰激稳态振动下,结构的动力放大系数可达6.7;极端工况下,结构上部的振动加速度响应可达2.64g,远大于结构的抗震设防烈度(0.2g)。冰激稳态振动发生时,工作甲板法兰连接处振动加速度显著并且持续时间较长,可能造成法兰松动。该测风塔结构对抗冰性能考虑不足,应采取适当措施避免冰激稳态振动的发生。     

航道开挖对波浪传播影响的试验研究

针对航道的开挖对于航道区域波浪传播变形影响较大的问题,基于波浪整体物理模型试验方法,对航道开挖后波浪在航道区域的传播规律进行研究。结果表明:航道迎浪侧最大比波高与波浪入射角度成反比,航道背浪侧的最小比波高与入射角度成正比。波浪小角度入射时,航道对波浪的折射作用较强,航道内波能衰减也较大;当波浪大角度入射时,航道对波浪的折射作用较弱,波浪穿越航道的能力较强,此时航道迎浪侧的比波高与谱峰周期成正比,航道内水深越小,航道对波浪的折射作用越强,迎浪侧的波能集中越大。     

超大型风机安装平台自升状态下的运动响应频域分析

针对自升自航式海上风机安装作业平台在风浪较大的海上风电场区域作业时风、浪、流载荷较大,影响安全的问题,基于SESAM软件,建立海上风机安装作业平台有限元模型,在频域内计算了波浪载荷和运动响应传递函数,并进行响应谱分析。结果表明,平台运动响应受波浪周期和浪向角的影响较大,当桩腿接近海底时,有可能对导致桩腿触底,在船舶设计以及船舶实际作业时应注意避免这种现象发生。     

海上风机导管架基础钢管桩稳桩平台结构强度分析

海上风机导管架基础钢管桩沉桩施工通常需要专门的稳桩平台辅助进行。结合作业工艺要求、海洋环境条件和相关规范,对钢管桩稳桩平台进行结构设计。采用SESAM软件和ANSYS Workbench软件分别对稳桩平台整体结构强度和吊耳局部结构强度进行计算分析,并根据规范对计算结果进行评估。结果表明,稳桩平台整体结构强度和吊耳局部结构强度均满足规范要求。该计算分析方法同样适用于海上升压站导管架基础、海上单桩基础稳桩平台或其他类似导管架结构的强度评估。     

涌浪影响下的某浮式LNG接收码头港内波浪研究

针对涌浪及浮式LNG码头的具体特点,通过波浪数模、2D及3D物理模型试验等手段,对港内波浪进行了研究。结果表明,防波堤透浪及波浪周期对港内波高有明显影响,且波浪周期越长影响越大。为此,对于波高变化敏感的浮式LNG码头,建议通过3D波浪物理模型试验对港内波浪做更准确的评估。     

海底地形对浮体慢漂响应的影响研究

浮体在波浪中的运动经常受到海底地形的影响,文章基于势流理论,采用高阶边界元方法计算海底地形对浮体慢漂运动响应的影响,计算中充分考虑了海底地形在波浪传播中对其的绕射影响。计算结果表明,变浅的海底地形会导致波浪场的波高增加,浮体运动响应增大,分别对浮体相对海底地形不同位置时浮体受到的波浪力和运动响应进行了定性及定量的分析,分析了浮体相对海底地形不同位置时浮体的水动力特性及运动特性,说明为了更准确模拟近岸或者离岸线性约束浮体的水动力情况,海底地形的影响不能忽略。     

中外航道设计中波浪富裕水深确定方法对比

通过对比国内外航道设计规范中波浪富裕水深的确定方法,系统分析影响波浪富裕水深的主要因素,结合全球波浪要素的分布情况讨论各国方法的适用范围,并通过实例计算对波浪要素的影响进行对比分析。结果表明,各国规范大多以波高、船浪夹角、波周期为自变量来确定波浪富裕水深,波浪富裕水深与波高成正比,最不利船浪夹角通常是90°或45°左右,波浪富裕水深通常会随波浪周期的增大而增大,当船舶固有周期接近遭遇波浪周期时有极大值。     

江苏近岸海域波浪的分布特征

利用2009年1—6月的实测波浪资料,研究位于江苏北部辐射沙洲南部沿海测站的波浪特征。通过统计计算和研究分析,获得其波高特征值,并探讨各特征波高与平均波高(有效波高)之间的关系;筛选出25组有效波高出现极值时刻的波面资料,运用概率统计的方法计算了波高、周期及两者之间的联合概率密度分布,并与其对应的理论公式结果进行对比。结果表明:Gluhovski分布较适用于本地区的波高分布规律;当谱宽度较小时,Longuet-Higgins理论周期分布与实测分布比较符合;实测波高与周期联合概率分布对于大波高小周期的情况与各理论分布均吻合较好。     

沉埋式海底隧道管段海上系泊水动力性能分析

沉埋式海底隧道管段海上系泊阶段的结构运动响应及缆索受力,影响其水上施工的安全性和经济性。以一管段系泊工程为例,利用基于三维势流理论的水动力软件AQWA建立管段海上系泊数值仿真计算模型,首先对系泊系统进行频域分析,然后在时域内考虑JONSWAP波浪谱和水流联合作用,研究环境载荷方向、环境载荷组合方式等因素对系统运动响应及缆索受力的影响。结果表明:管段在高频区域内稳定性较好,响应幅值很小;水流对管段的运动响应影响很大;当环境力以60°入射管段时,管段的系泊缆张力最大。