南海风浪条件下Spar式浮式风机平台的构型及参数

使用WAMIT软件建立了OC3-Hywind Spar式浮式风机模型,联合FAST软件计算了浮式风机在不同工况下的幅值响应算子;结合为南海海域波浪条件优化后的JONSWAP谱,对浮式风机进行了不同工况下的响应谱分析及最大响应值计算;进一步阐述了浮式平台结构构型参数的变化对整体结构在南海相应工况下的运动影响。     

南海风浪条件下Spar式浮式风机平台的构型及参数

使用WAMIT软件建立OC3-Hywind Spar式浮式风机模型,联合FAST软件计算浮式风机在不同工况下的幅值响应算子;结合为南海海域波浪条件优化后的JONSWAP谱,对浮式风机进行不同工况下的响应谱分析及最大响应值计算,进一步阐述浮式平台结构构型参数的变化对整体结构在南海相应工况下的运动影响。     

畸形波作用下张力腿平台的瞬时响应

应用Tromas等(1991)提出的新波理论的概念,建立了极限入射波浪模型,并把该模型引入到极限波浪与平台互相作用的水动力计算中.研究中应用大连理工大学海岸及近海工程实验室开发的频域波浪力分析程序WAFDUT1.4,得到结构的波浪力传递函数和水动力系数.通过平台运动方程在时域内计算得到运动响应和张力腿受力.最后,进一步研究了张力腿平台的刚度系数和波浪周期的改变对张力腿平台的运动响应和张力腿受力的影响.     

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。     

基于AQWA的S-Spar平台动力响应分析

为了研究深水极端海况下带螺旋板的S-Spar平台的动力响应性能,基于三维势流理论和波浪的绕射/辐射理论,结合水动力分析软件AQWA,在频域内计算了单位波幅规则波作用下螺旋板导程分别为120 m、90 m和60 m的平台的动力响应,得到平台的附加质量、阻尼和运动RAO等水动力参数;基于频域分析结果,考虑随机波浪荷载及风、流的共同作用和系泊缆是否破断的工况,计算了系泊于1 500 m水深的螺旋板导程为120 m的平台在极端海况JOHNSWAP谱作用下的动力响应,并与不带螺旋板平台的动力响应进行了对比.分析结果表明:不同螺旋板导程的平台垂荡方向上的附加阻尼差异较大;在极端海况下,螺旋板导程为120 m的S-Spar平台的运动响应满足要求;螺旋板存在时会大幅增加平台的首摇运动幅值,忽略螺旋板可能会高估平台的首摇运动性能;不带螺旋板的平台的系泊缆张力幅值偏大,忽略螺旋板可能会高估系泊缆的极限张力.     

海洋浮式平台气隙的数值预报

以海洋浮式平台为研究对象,运用三维势流理论结合半经验Morison方程的方法计算了规则波下的水动力系数以及运动响应传递函数,并运用短期预报方法对平台气隙进行了分析。研究结果表明,其水动力性能与波浪频率密切相关,平台的气隙短期预报显示波浪在浮箱首尾部分负气隙严重,即有强烈的波浪砰击现象,平台结构设计时要充分考虑到该区域的波浪砰击载荷。     

作业水深对半潜平台气隙影响的比较研究

结合水池试验结果,对数值模拟粘滞曳力和辐射阻尼进行了修正。考虑平台所受的风、浪、流载荷以及全尺寸锚泊系统对平台运动的影响,基于锚泊和ATA定位方式,选取四种典型计算工况,对平台在不同作业水深下气隙和波浪砰击进行研究。研究结果表明:平台在同等工况下,工作水深对两种定位方式下平台运动响应能量谱、关注点气隙响应能量谱影响敏感。关注点处负气隙以及波浪砰击次数随着工作水深的增加而加剧。ATA定位平台较之于锚泊定位平台的随动性更好,可有效减小平台与水质点相对运动。工作水深引起ATA定位下平台关注点的砰击次数、气隙变化以及改善幅值优于锚泊定位。在平台设计过程中应该重视工作水深对平台气隙和波浪砰击的影响。     

风浪联合作用下海上TLP浮式风机动态响应分析

为分析风浪联合作用下海上TLP浮式风机动态特性,采用叶素动量理论,建立了考虑平台运动的风荷载计算程序,并用FAST进行验证。通过AQWA二次开发实时调用耦合平台运动的风荷载计算程序进行海上TLP浮式风机全耦合动态响应分析,研究了风、浪作用下TLP浮式风机平台及张力筋腱响应特性。结果表明,平台运动致使风荷载波动幅度增大,风荷载幅值在波频处出现峰值,分析中需考虑平台运动与风速之间的耦合效应;正常工况下风荷载使得TLP浮式风机运动响应幅值在低频处的数量级明显增大,整体分析中需详细计算风荷载的影响。     

半潜式浮基风电平台设计及波浪动力响应分析

为了开发深海风能资源,研究浮基风电平台在波浪中的响应特性,设计了一种半潜式浮基风电平台。应用ADINA软件,采用边界造波方法、ALE动网格方法以及网格变疏增大数值黏性的消波方法构建了数值波浪水池,对ITTC半潜式平台在规则波作用下动力响应进行了数值模拟,通过与该平台的模型试验数据进行比较,验证了数值模拟方法的准确性。而后对一种新型的浮基风电平台在波浪中的运动进行了数值研究,给出了风电浮基平台在不同水深、不同波高波浪周期情况下横摇、纵摇时程曲线。数值计算结果将有助于了解浮基风电平台塔架顶端的运动、位移和受力,为海上风机系统的设计提供合理的荷载参数。     

Spar风机非稳态动力响应分析

文章采用多体动力学仿真器FAST,研究5MW OC3 Hywind Spar浮式风机平台非稳态动力响应,计算工况为JONSWAP海浪谱,有义波高6.8 m,谱峰周期10.2 s,流速0.642 m/s,波浪、流和风方向均为0°。研究结果表明在气动载荷影响下,风机运行相比于风机停机时,浮式平台垂荡运动幅值减小,而平台纵荡和纵摇的运动幅度增加到2.1和1.5倍,其他自由度的运动幅度增加到1.2～1.8倍,平台系泊张力响应幅度最大增加到4倍。此外发现相对于风机正常运行情况,风机启动过程中平台的纵荡运动幅值增加19.3%,引起平台大幅度漂移运动,导缆孔张力增加10%。气动载荷主要影响平台6个自由度运动的最值和均值,而对平台系泊张力主要影响其标准差,建议研究浮式风机基础的运动响应及系泊张力应考虑风机运行的气动载荷。     

双体工程辅助船波浪载荷

为预报双体工程辅助船在波浪中的运动响应,采用直接计算法和SESAM软件对其波浪载荷进行直接计算。计算结果表明:双体工程辅助船的垂荡运动响应在横浪时达到最大;纵摇运动响应从横浪到顶浪逐渐增大;横摇运动响应在横浪时达到最大;纵摇有关扭矩在艏(艉)斜浪时达到最大,满载出港工况下的响应幅值最大,压载到港和满载出港结冰工况下的响应幅值比较接近;纵向扭矩在艏斜浪附近时响应幅值达到最大,压载到港工况下的响应幅值最大,满载出港结冰工况下的响应幅值最小,即双体工程辅助船在压载航行时的纵向扭转较为严重。从双体工程辅助船结构设计、驾驶及其理论研究等角度提出了建议与对策。     

海洋浮式平台气隙的数值预报

以海洋浮式平台为研究对象,运用三维势流理论结合半经验Morison方程的方法计算其水动力系数及运动响应传递函数。针对北大西洋百年一遇的海况,对平台气隙进行预报。研究结果表明:平台的水动力性能与波浪频率密切相关,平台气隙预报显示波浪在甲板箱首尾部分的负气隙严重,即有强烈的波浪砰击现象,这就要求平台结构设计时要充分考虑到该区域的波浪砰击载荷。     

海上浮式风机在波浪作用下的动力响应分析

基于三维线性频域势流理论和脉冲响应函数方法计算时延函数与时域波浪力,利用准静定系泊模型来模拟系泊力,利用计算流体力学方法得到粘性阻尼系数,建立了风机在波浪作用下的时域运动方程.论文求解DeepCwind半潜式平台风机的动力响应,计算结果与试验值以及其他数值模拟结果吻合的较好,证明了方法的适用性.     

张力腿平台系索响应研究

利用三维绕射理论计算平台主体波浪力 ,对张力腿平台的总体响应进行了分析研究。在此基础上 ,系索被模拟成一空间有限元结构 ,在系索的顶端施加平台的运动以及系索张力 ,对系索进行了极限响应分析和系索疲劳可靠性分析。在极限响应分析中 ,对系索分别进行了静力和动力分析。动力分析在频域内进行 ,得到了系索应力的传递函数 ,并对其进行长期预报得到极限工况下的系索应力。系索疲劳可靠性分析建立在系索频域响应的基础上。假设波浪载荷的长期分布是由 k个短期海况组成 ,且每一海况中的应力范围的短期分布服从 Rayleigh分布。利用系索的应力传递函数得到每个短期海况的应力谱。然后 ,采用 Miner线性累积损伤模型 ,对系索结构进行了疲劳可靠性分析 ,并考虑了平均应力的影响以及进行了雨流修正。     

浅水中海洋核动力平台低频响应分析

与采用理论公式生成的波浪谱不同,实际浅水中的波浪谱密度在0～0.2 rad/s频率范围内会出现明显的低频能量成分,这会对海洋核动力平台的低频响应产生极大的影响。因此,基于数值模拟和水池试验2种方法得到的波浪谱,采用频域数值计算,分析平台在浅水中2种不同波浪谱下的纵荡、垂荡和纵摇低频响应。结果表明,与数值模拟波浪谱相比,在水池试验得到的实际浅水波浪谱中,平台的纵荡1阶低频运动响应和2阶低频波浪慢漂力,以及垂荡1阶低频波浪力和1阶低频运动响应都存在明显的增大,这说明在进行平台浅水水动力预报时需要重点考虑波浪谱中低频能量成分对平台低频响应的影响。本文可为其他同类型船体在浅水中的低频响应预报提供参考。     

矩形钢围堰波流荷载数值模拟研究

本文依托某跨海大桥钢围堰,采用CFD方法,通过有限元软件FLUENT计算了不同工况下的钢围堰水流荷载。基于三维势流理论,运用流体动力软件SESAM对钢围堰在不同频率波浪作用下的运动响应进行了计算和分析,并计算得出了设计波浪作用下钢围堰波浪荷载。波流荷载计算结果为钢围堰的设计提供了依据。     

基于AQWA的波浪观测浮标随波性能分析与优化研究

波浪观测浮标是一种现代化的海洋观测设施,随波性是反映其测量精度的一个重要参数。本文将针对两种常见外观浮标的随波性能展开水动力学研究,本文采用水动力计算模型AQWA,结合典型的Green函数法求解了浮体结构的波浪力及相关水动力系数,并应用三维势流理论,基于单自由度运动方程,在频域内研究了自由浮标在规则波下的垂荡运动响应。针对中国短周期波浪海况的特点,计算了15种不同形状、浮标重量、形状参量工况中浮标体垂荡响应RAOs。水动力学计算结果表明:在外界环境载荷相同的条件下,平底柱形浮子1-3的随波性能较其它工况中浮子为好。本文的研究方法也为海洋资料浮标的参数设计提供了良好的科学依据。     

FPSO型采油平台波浪力与运动响应分析

FPSO型采油平台是一种极为重要的深海石油勘探、生产设备.为了保证其在生产和使用中的绝对安全,对其设计和建造所采用的波浪外力荷载和运动响应幅值有很高的要求.本研究采用有限水深格林函数和考虑几何对称性的高阶边界元的方法,对一种已投入实际生产的FPSO进行了全方向波浪力和运动响应计算分析.同时通过在边界积分方程中增加辅助内域常数势的方法去除了不规则波浪频率,获得了满意的外荷载设计参数.     

半潜式平台结构屈曲强度评估

半潜式平台是海洋工程领域重要的浮式装置,采用直接计算法对某半潜式平台结构的屈曲强度进行了评估.首先,对半潜式平台结构进行有限元模型化,然后根据海况不同将静水、正常工作和风暴自存三种状态划分为48种计算工况,利用频域内的三维线性水动力理论和设计波法计算半潜式平台在各工况下的波浪载荷,同时考虑各工况下的莫里森力、风载荷、锚链预张力、吊车载荷和钻井载荷等载荷,进而计算平台在48种工况下的应力响应.最后根据ABS规范对平台结构进行屈曲强度校核.结果表明,屈曲强度是平台结构强度的重要指标之一,应在设计时给予合理评价,评估结果可为半潜式平台设计开发提供参考.     

基于细长体公式的Truss SPAR在波流中的运动响应预报方法

利用细长体公式和刚体非线性运动方程建立Truss SPAR在波流中的运动响应预报方法。通过波浪自由表面和Truss SPAR中心线方程构造辅助函数,迭代计算瞬时湿长度。根据Truss SPAR主体形状特点和流场中水质点运动规律,分段高效积分水动力载荷。通过Runge-Kutta-Fehlberg方法求解运动方程,得到Truss SPAR在波流中的运动响应。对一座Truss SPAR在不同波流工况中的运动响应进行预报,结果表明,波浪和流使Truss SPAR产生明显漂移运动和振荡运动,漂移运动的大小与流向有关,而振荡运动的幅值与波浪方向有关。