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.     

海上风机四桩导管架基础波浪动力分析

随着海上风电由浅海逐渐走向深海,导管架基础的应用随之增多。研究发现,当基础结构基频落到波高波周期联合分布的概率最大的区间时,仅对导管架基础进行静态分析是不够的,结果偏于危险。通过SACS软件建立结构有限元模型,研究波浪谱周期和波高对结构响应的影响,计算得到各个工况下结构波浪动力响应的放大系数。计算结果表明：动力放大系数在一定范围内存在极大值,波高越大,动力放大系数越大;当波谱周期较大时,动力放大系数接近于1。此外,对比动静力分析结果表明,在深水中的海上四桩导管架基础进行动力分析是必要的。     

海上混合式风机基础动力响应研究

针对海上风机的发展趋势,对一种混合式海上浮式风机基础的动力响应进行了研究。应用SESAM软件和FAST软件分别建立海上风机的下部浮式基础以及上部结构的数值模型,调用Aero Dyn程序包计算结构的空气动力载荷。分析系统的动态响应和基础的运动特性。改变筋腱预张力的大小,研究其对浮式基础运动响应的影响,为海上风机混合式基础的初步设计提供一定的理论依据。     

波流作用下海上固定式风机基础的水动力性能数值模拟

海上风机基础长期受到海流、波浪等环境荷载的交互作用,作业难度较大,研究风机基础的水动力特性可为其设计及应用提供重要参考.文中基于自主研发的船舶与海洋工程CFD求解器naoe-FOAM-SJTU,对一座固定式高桩承台风机基础在波流作用下的水动力参数进行数值模拟,研究了波浪与海流联合作用时,该风机基础在不同水深、不同波高条件下的受力、表面压力以及波面爬升现象,并与上海交通大学海洋工程国家重点实验室的模型试验结果进行比较,计算结果显示naoe-FOAM-SJTU求解器可以很好地模拟波流联合作用下风机基础的水动力特性.     

导管架式海上风机基础结构优化设计

目前海上风机基础结构存在明显的设计冗余，导致海上风机建造成本过高。为提高经济效益，需要对导管架式海上风机基础结构进行优化设计。该文首先基于海上实测数据对海上风机所处环境载荷进行模拟，得到其时间历程；其次通过有限元方法对平箱梁四桩导管架式海上风机基础结构进行强度校核，发现结构可进行轻量化处理；最后以结构最大平均应力、最大位移和质量为目标响应，通过试验设计（design of experiments, DOE）方法和粒子群算法组合的优化方法，得到结构尺寸对结构目标响应的贡献度和主效应关系，并确定各结构最优尺寸。对海上风机基础结构进行优化设计，能在保证安全的前提下降低建造成本，可为后续海上风机基础结构设计建造提供参数参考。     

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。     

10 MW级半潜漂浮式风机的动力响应

选取新型钢筋混凝土结构OO-Star半潜浮式风机平台展开研究,采用ANSYS/AQWA建立半潜浮式基础的水动力数值模型,研究该平台的水动力性能.同时建立水动力-锚泊系统耦合数值模型,开展10MW级大型海上漂浮式风机在风浪作用下的动力响应研究.结果 表明,OO-Star半潜浮式风机平台水动力性能优异,且在不同风浪荷载环境作用下,运动响应以及锚泊系统的张力响应较为合理,未来必将在大型海上漂浮式风机的开发领域占有一席之地.     

波浪作用下海上风力发电装置基础海床的液化研究

基于FLOW软件建立三维数值波浪水池模型,模拟海上风力发电装置筒型基础周边的波浪场和海床表面的波压力,利用有限元软件ABAQUS建立筒型基础及周边海床的三维动力响应数值模型,研究不同波浪条件下筒型基础周边海床的动力响应和液化深度。研究结果表明：波浪作用下海上风电筒型基础迎浪侧的海床易发生液化,风力发电装置基础周围海床的液化深度随波高加大而增加,由于筒型基础的人土深度较大,筒内土体不发生液化。     

人工智能技术在海上风机领域的应用综述

我国海上风机目前发展迅猛，人工智能技术在海上风机领域的应用是当前的研究热点。该文分析总结了多种人工智能技术在海上风机的动力响应分析、运维监测、设计运维优化等多个方向的应用，涉及动力响应预报、功率预报、结构监测、故障诊断、控制优化、运维优化等，分析表明人工智能技术可以较好地应对海上风机设计及运维领域的各项挑战。文中也论述了人工智能技术在海上风机领域的应用前景及目前存在的几种主要限制因素，并展望了未来发展方向。     

新型半潜式浮式风机在不同流速下的动力响应特性研究

本文提出一种适用于50～120 m水深的新型半潜式浮式风机，用频域法研究浮式平台的水动力特性，通过建立风机-塔筒-浮式平台-系泊系统全耦合分析模型，考虑二阶差频波浪力作用，对其开展风、浪、流联合作用下的时域分析，重点分析不同流速条件下新型半潜式浮式风机耦合动力响应特性。分析结果表明：新型半潜式浮式风机结构设计合理，其固有周期能较好地避开波浪能量密集的周期范围，有效避免了共振发生；风浪条件一定的情况下，流速增大将使新型半潜式浮式风机的最大纵荡响应和锚链拉力显著增大，但对纵摇和艏摇响应有一定程度的抑制作用。流速变化对基础垂荡运动和发电功率影响较小。     

基于ANSYS的透空式防波堤波浪力计算

采用文氏谱模拟芦潮港渔港的随机波浪,确定透空堤上部结构水平波浪力、桩基水平波浪力及上托力,推导计算出100 a一遇极端水位下的力谱值。继而利用有限元和动力响应基本原理,采用有限元软件ANSYS对透空堤进行数值模拟,从静力分析、模态分析和功率谱密度分析角度出发,对比挡浪板双侧受力和单侧受力的结果,得出双侧挡浪板桩基透空堤结构形式的合理性;分析各部位的安全隐患,结合静力计算结果与动力计算结果差异,为设计提供参考。     

海上自升式平台动力分析方法研究(英文)

A jack-up platform,with its particular structure,showed obvious dynamic characteristics under complex environmental loads in extreme conditions.In this paper,taking a simplified 3-D finite element dynamic model in extreme storm conditions as research object,a transient dynamic analysis method was proposed,which was under both regular and irregular wave loads.The steps of dynamic analysis under extreme conditions were illustrated with an applied case,and the dynamic amplification factor(DAF) was calculated for each response parameter of base shear,overturning moment and hull sway.Finally,the structural response results of dynamic and static were compared and analyzed.The results indicated that the static strength analysis of the Jack-up Platforms was not enough under the dynamic loads including wave and current,further dynamic response analysis considering both computational efficiency and accuracy was necessary.     

沉箱式防波堤的稳定性分析

运用有限元方法和动力分析方法,对沉箱式防波堤在近破波作用下的动力响应进行了研究。在确定滑移位移和转角为防波堤的主要参考动力响应参量的情况下,对能够产生运动的滑移和摇摆两种运动形式进行了动力分析,并提出了滑移位移和转角随时间历程的变化趋势。     

The influence of fully nonlinear wave forces on aero-hydro-elastic calculations of monopile wind turbines

The response of an offshore wind turbine tower and its monopile foundation has been investigated when exposed to linear and fully nonlinear irregular waves on four different water depths. The investigation focuses on the consequences of including full nonlinearity in the wave kinematics. The linear and nonlinear irregular wave realizations are calculated using the fully nonlinear potential flow wave model OceanWave3D [1]. The linear and nonlinear wave realizations are compared using both a static analysis on a fixed monopile and dynamic calculations with the aeroelastic code Flex5 [2]. The conclusion from this analysis is that linear wave theory is generally sufficient for estimating the fatigue loading, but wave nonlinearity is important in determining the ultimate design loads.     

海上风力发电机组支撑结构动力响应特性研究

支撑结构设计是大型海上风电机组设计的重要部分。文章分析了海上风电机组的各种环境载荷,并以3MW风力机组为例计算其所受环境载荷,包括作用在支撑结构顶端的由风机叶轮转动引起的水平轴向力、作用在塔筒上的风载荷以及作用在基础上的海流、海浪载荷,并采用非线性弹簧来模拟基础与海底土层之间的相互作用。在考虑风轮影响情况下,利用有限元法对支撑结构进行了模态分析。最后,分析了环境载荷作用下支撑结构的动态响应。计算结果表明,在对海上风力发电机组进行动态响应计算时,环境载荷之间的相互耦合作用不能忽略。     

15000kN·m能级强夯置换处理软弱地基效果分析

依托广西钦州港区某地基处理工程,基于夯前夯后多道瞬态面波测试和夯后动力触探试验、置换墩着底检测及静载荷试验,对15000kN·m能级强夯置换法处理软弱地基效果进行了检测。检测结果表明:强夯置换后,地基承载力明显提高,复合地基承载力大于200kPa,压缩模量大于20MPa;15000kN·m能级强夯置换有效加固深度7.0~10.0m,平均有效加固深度9.0m左右;强夯置换后,置换墩体与墩间土间、强夯置换区与周边的强夯区间均存在明显的不均匀性,设计时应充分考虑到强夯置换后地基土的不均匀性。     

新型尾轴密封弹簧组冲击响应分析

利用Ansys软件对轴密封弹簧组进行了冲击载荷响应分析研究.根据前联邦德国国防军舰建造规范BV043/85,采用2个正、反半正弦波输入冲击加速度,进而模拟轴密封装置冲击载荷作用的时间历程.通过比较不同冲击环境下动、静环端面接触压强与比压随时间的变化情况,分析冲击作用对该轴密封弹簧组端面密封性能的影响.数值模拟的结果验证了轴密封装置在冲击环境下的可靠性.     

超深水钻井隔水管动力分析理论研究与数值模拟

随着钻井作业向深水(500～1 500m)和超深水(1 500m以上)发展,在交变海洋环境载荷波浪力、海流力和浮式钻井平台运动的共同作用下,隔水管的动态响应更加显著.文中探讨了隔水管侧向振动的数学模型、动态特性分析中的结构与环境载荷建模技术及其非线性动力分析方法,研究并对比了不同分析方法在计算效率、计算精度和工程适用性等方面的差异.介绍了时域内应用ABAQUS软件进行超深水钻井隔水管非确定性动力分析的算法与详细流程,算例比较了不同边界条件对深水钻井隔水管动态特性的影响.研究表明,时域非确定性分析最为精确但需要时间最长,且只能采用线性AIRY波浪理论;理论上,海流主要引起隔水管动态响应的时不变部分,但该时不变部分不等同于海流引起的隔水管静态响应,一种简化方法只将海浪与钻井船运动作为动载荷而不考虑海流对动态响应的贡献;钻井船运动和波浪载荷是隔水管动态响应分析主要的动载荷,对于超深水隔水管来说,钻井船运动是首要的动载荷,其慢漂运动对隔水管性能有重要影响,而波浪仅对隔水管局部产生作用.     

粉土强夯法地基处理参数的试验研究

某原料场工程采用强夯法对饱和粉土进行地基处理。针对该工程设计和施工中遇到的强夯参数和地基处理效果等问题进行试验研究,对该工程区域运用不同的强夯参数,通过加固过程中的夯坑沉降量、地面隆起量和孔隙水压力监测,以及加固后土层的静力触探、地基承载力等现场试验,对不同强夯参数下的加固效果进行比对,得出适用于该工程粉土地基的强夯参数。