非线性混合海况下近海风机塔筒底部载荷的动力响应

本文主要研究在非线性混合海况(即风浪和涌浪组合海况)下,以NREL 5MW_Baseline Monopile近海风机为研究对象,对其塔筒底部(基线)所受到的剪力和弯矩载荷的动力响应进行仿真。在近海风机的时域仿真中,选用了Ochi-Hubble六参数波浪谱,并编制了该谱的程序嵌入到FAST中进行编译。计算过程中,共进行了20次10 min的仿真分析。对于得到的短期载荷,给出了波高程,塔筒底部首尾向剪力和弯矩在线性与非线性不规则波作用下的时程曲线对比图。采用分块最大值法对每一次的短期载荷提取极值,并基于20次仿真所得的极值,给出了塔筒底部首尾向剪力与弯矩在线性与非线性不规则波作用下的超越概率曲线对比图。研究表明,在非线性混合海况下进行近海风机塔筒底部载荷的动力响应研究,计算结果对工程实际应用具有指导意义。     

Asymptotic calculation of wave period statistics in non-Gaussian mixed sea

This article concerns the calculation of the wave period probability densities in non-Gaussian mixed sea states.The calculations are carried out by incorporating a second order nonlinear wave model into an asymptotic analysis method which is a novel approach to the calculation of wave period probability densities.Since all of the calculations are performed in the probability domain,the approach avoids long time-domain simulations.The accuracy and efficiency of the asymptotic analysis method for calculating the wave period probability densities are validated by comparing the results predicted using the method with those predicted by using the Monte-Carlo simulation(MCS) method.     

船舶在随机海浪上的稳性和倾覆研究进展

介绍了研究船舶在随机海浪上的稳性的三种方法:时域仿真、迈尔尼科夫法和首次穿越理论.对国内外运用这些方法研究船舶稳性的已有工作和最新进展做了综述.     

Free-Surface Wave Interaction with a Very Large Floating Structure

The free-surface wave interaction with a pontoon-type very large floating structure（VLFS） is analyzed by utilizing a modal expansion method. The modal expansion method consists of separating the hydrodynamic analysis and the dynamic response analysis of the structure. In the dynamic response analysis of the structure,the deflection of the structure with various edge conditions is decomposed into vibration modes that can be arbitrarily chosen. Free-free beam model, pinned-free beam model and fixed-free beam model are three different types of edge conditions considered in this study. For each of these beam models, the detailed mathematical formulations for calculating the corresponding eigenvalues and eigenmodes have been given, and the mathematical formulations corresponding to the beam models of pinned-free beam and fixed-free beam are novel. For the hydrodynamic analysis of the structure, the boundary value problem（BVP） equations in terms of plate modes have been established, and the BVP equations corresponding to the beam models of pinned-free beam and fixedfree beam are also novel. When these BVP equations are solved numerically, the structure deflections and the wave reflection and transmission coefficients can be obtained. These calculation results point out some findings valuable for engineering design.     

船舶在随机海浪上的稳性和倾覆研究进展

介绍了研究船舶在随机海浪上的稳性的三种方法:时域仿真、迈尔尼科夫法和首次穿越理论。对国内外运用这些方法研究船舶稳性的已有工作和最新进展做了综述。     

系泊船舶在不规则波中慢漂振荡的马尔可夫模型

一艘在非高斯慢漂波浪力激励下的系泊船舶的响应被用一个连续的马尔可夫过程来建模.提出了一个数值路径积分解法来计算该艘船舶的响应统计.该数值路径积分法是基于Gauss-Legendre插值方案,响应概率密度值是在子区间内的高斯分点上获得的.显示该数值路径积分解法有独特的能力在很低概率水平时生成精确解,这在系统可靠性分析时有重要意义.     

随机海浪中船舶非线性横摇的首次穿越概率

利用首次穿越失效理论研究了在随机波浪激励下的船舶稳性.利用一组基于广义谐和函数的变换首先将船舶横摇方程降阶为一组一阶随机微分方程.接着利用一个新的随机平均程序获得了幅值过程微分方程的平均漂移和扩散系数的闭合形表达式,并建立了控制横摇幅值过程平均首次穿越时间的Pontryagin-Vitt方程.推导了Pontryagin-Vitt方程的两个边界条件,通过数值求解该边界值问题获得了平均首次穿越时间和首次穿越概率值.     

Spar型海上浮式风机极端载荷预报

在风机极限强度校核问题中,通常采用传统的直接积分法外推求解构件所受的极端载荷。由于传统算法本身的缺陷,在求解海上风机时所需仿真数量急剧增加,给外推造成了困难。为了减少所需的仿真数据,引入反向一阶可靠度方法求解风机极限载荷。将其二维形式环境等值线法与1维最优化方法二分法结合起来,形成一种新的搜索算法。以某Spar型海上浮式风机为例,对其长期载荷进行求解,获得了叶片根部面外弯矩和塔筒基底首尾弯矩分别在1年和20年重现周期下的极端载荷。为了验证计算的准确性,采用计算量更大的直接积分法获取了这2项载荷的长期分布。发现计算结果与超越概率曲线具有较好的吻合度,由此体现出该方法在求解风机特定极限载荷时,不仅具有计算成本的优势同时也有较高的可靠性,为快速求解风机极限载荷提供了一种参考。     

预报发生在双峰交叉海况下的畸形波（英文）

本文首次提出一个新颖的转换线性模拟法用于预报发生在双峰交叉海况下的波峰幅值分布和畸形波。为执行所提出的转换线性模拟法，建立了一个表达为单调指数函数的转化模型，以便原始真实过程的前三阶矩与转化后模型对应的各阶矩相一致。应用所提出的新颖模拟法预报了发生在两个双峰交叉海况下的畸形波，一个带基于由良港海岸测得的表面高程数据的方向谱，另一个带典型的双峰Ochi-Hubble方向波浪谱。结果显示：在这两种情况下所提出的新颖的转换线性模拟法比传统的线性模拟法或用其它理论（或经验）模型能提供更精确的预报结果；所提出的新颖的转换线性模拟法比非线性模拟法效率更高。