平台运动对张力腿非线性涡激振动的影响

把张力腿简化成线性的欧拉-伯努力梁模型，研究了在波浪海流及浮体共同作用下，张力腿的横向非线性涡激振动，采用Galerkin法把非线性的偏微分方程转化为常微分方程，应用4阶龙格-库塔法进行数值求解。结果表明，平台的运动是影响张力腿横向涡激振动的一个重要因素。     

波浪能滑翔机理论和数值计算研究现状

波浪能滑翔机是一款基于波浪能驱动的自主海洋移动监测平台,将波浪作用于海面浮体的升沉运动转化为前进运动,可实时、大范围、长时间完成不同海况下的海洋监测。文中首先介绍波浪能滑翔机的结构组成、运动原理以及在海洋观测中的应用,接着主要论述近年来国内外波浪能滑翔机理论和数值计算研究内容,并基于国内外波浪能滑翔机多体系统动力学和水动力学研究现状的分析,提出我国在波浪能滑翔机水动力方面存在的不足及其今后重点研究的建议。     

波浪能滑翔机理论和数值计算研究现状

波浪能滑翔机是一款基于波浪能驱动的自主海洋移动监测平台,将波浪作用于海面浮体的升沉运动转化为前进运动,可实时、大范围、长时间完成不同海况下的海洋监测.文中首先介绍波浪能滑翔机的结构组成、运动原理以及在海洋观测中的应用,接着主要论述近年来国内外波浪能滑翔机理论和数值计算研究内容,并基于国内外波浪能滑翔机多体系统动力学和水动力学研究现状的分析,提出我国在波浪能滑翔机水动力方面存在的不足及其今后重点研究的建议.     

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.     

基于Orcaflex的张力腿网箱水动力分析

基于凝集质量法和等效网目法对网衣进行等效处理,利用大型水动力分析软件Orcaflex建立张力腿网箱模型,求解分析在波浪作用,海流作用以及波、流联合作用三种外载荷情况下张力腿网箱浮于水面以及下沉两种工况的网箱系泊缆有效张力变化情况。分析结果可作为张力腿网箱安全建设的理论依据并对张力腿网箱模型在海洋工程中的应用具有一定参考价值。     

张力腿平台二阶波浪力作用下运动响应分析

以延伸式张力腿平台为例,采用时域耦合分析法研究二阶波浪力对船体以及张力腿、立管的影响.在频域下计算船体结构一阶与二阶波浪力的传递函数,进而在Deepc中模拟海域的波流条件,考虑低频和高频波浪的影响,得到张力腿平台的动力响应和张力腿、立管的动张力值,并与线性的计算结果进行比较,认为在确定张力腿平台锚链的极限承载力和疲劳寿命时,应考虑高频二阶波浪力的影响.     

波流混合下铰接式波浪能装置工作特性研究

波流混合后的波流场对波浪能装置的浮体运动和波能俘获具有不可忽视的影响。本文以多浮体铰接式波浪能装置为研究对象,建立三维数值波流水槽对装置的工作性能进行数值仿真研究。结果表明,流对装置浮体的纵摇周期、幅值及运动等影响显著。随着流速的增加,浮体运动周期减小,浮体纵摇和PTO转换功率曲线最大值均出现在浮体共振处。但当浮体固有纵摇周期小于波浪周期时,曲线呈现双峰特征,次高峰值出现在逆向流工况的纵摇幅值最大处。     

规则波下张力腿平台时域响应分析

讨论规则波下某张力腿平台的动力响应时域运动特性。着重分析入射波角度(15°,22.5°和45°),波高(6m,8m和10m)及波周期(10s,12s和14s)对张力腿平台各自由度运动、顶端张力的影响。探讨吃水高度、工作水深、不同张力腿数目对张力腿平台运动特性的影响。计算结果表明:由于张力腿平台各自由度对入射波角度、波高和波周期敏感度不同,张力腿平台在不同波浪参数下的运动特性(如位移幅值、平衡位置等)及顶端张力表现各异;不同吃水下的张力腿平台位移大小、平衡位置和运动方向等均不同。工作水深越大,各自由度运动越剧烈,这体现了工作环境对张力腿平台运动具有较大影响。张力腿数目越多,张力腿平台运动的位移、幅度等越小,随时间变化也越稳定。     

考虑风浪流的TLP张力腿张力响应规律分析

文章研究了张力腿平台在风浪流中的张力腿的张力变化规律。推导了微分方程中的质量矩阵、耦合刚度矩阵、阻尼矩阵和运动坐标系下张力腿平台波浪外荷载。采用微元法对立柱和浮筒进行离散,运用龙格—库塔法对张力腿平台耦合运动微分方程进行了数值求解。对不同海况下和不同浪向角下张力腿平台张力腿张力变化进行了能量谱分析,并在上海交通大学海洋工程国家重点试验室中通过缩尺比为1:40的模型对数值模拟的结果进行了试验验证。比较了考虑风和流以及不考虑风和流的结果。     

考虑结构弹性变形的超大型浮体锚泊系统时域耦合分析

通常的系泊系统运动和张力分析只考虑浮体作为刚体的自由度运动。然而,当浮体尺度达到一定程度,浮体会在波浪激励作用下产生弹性变形,弹性变形会对系泊缆的张力产生影响。本文基于浮体三维频域水弹性分析方法和系泊缆静力分析方法,建立锚泊系统时域耦合分析方法,获得更加真实的系泊缆张力特性以及浮体的运动特性,在时域模拟中考虑了风、浪、流环境条件对浮体运动和系泊缆张力的作用,同时根据浮体三维水弹性频域计算结果获取浮体弹性变形在系泊点处产生的位移,建立浮体弹性变形对系泊缆张力贡献的计算方法,并针对一布置于400 m水深海域的超大型浮体,计算了浮体的弹性变形对系泊缆张力的贡献。     

极浅水多体波浪能发电装置锚泊系统设计

采用三维势流理论对多体波浪能发电装置进行频域水动力计算,分析极浅水效应和多体间相互作用对单体发电装置的水动力性能的影响。利用Orcaflex软件建立多体波浪能发电装置数值模型,浮体间采用铰接进行连接,并利用弹簧单元模拟发电液压缸的弹性阻尼作用。为极浅水多体波浪能发电装置设计合理的锚泊方案,采用时域动态耦合方法进行分析,同时考虑极浅水效应、多体影响和二阶低频力,根据API规范对自存工况下的锚泊缆强度进行校核,并对确定选用的锚泊方案进行敏感性分析。通过对计算结果进行分析,发现在进行浅水多浮体锚泊设计时,低频波浪载荷、多体相互作用和海底摩擦不可忽视;对于极浅水的锚泊系统设计,Lazy wave 型锚泊形式优于传统悬链线式锚泊。上述研究工作为近海极浅水海域新型海洋能发电装置锚泊系统的设计提供了新的参考和思路。     

极浅水多体波浪能发电装置锚泊系统设计

采用三维势流理论对多体波浪能发电装置进行频域水动力计算,分析极浅水效应和多体间相互作用对单体发电装置的水动力性能影响。利用Orcaflex软件建立多体波浪能发电装置数值模型,浮体间采用铰接进行连接,并利用弹簧单元模拟发电液压缸的弹性阻尼作用。为极浅水多体波浪能发电装置设计合理的锚泊方案,采用时域动态耦合方法进行分析,同时考虑极浅水效应、多体影响和二阶低频力,根据API规范对自存工况下的锚泊缆强度进行校核,并对确定选用的锚泊方案进行敏感性分析。分析计算结果发现:在进行浅水多浮体锚泊设计时,低频波浪载荷、多体相互作用和海底摩擦不可忽视;对于极浅水的锚泊系统设计,Lazy wave型锚泊形式优于传统悬链线式锚泊。研究工作为近海极浅水海域新型海洋能发电装置锚泊系统的设计提供了参考和新思路。     

一种跷跷板式浮筒型波浪能发电装置

为了设计适用于浮式防波堤的波浪能发电装置,提出一种跷跷板式双浮筒型的装置方案,由水面双浮筒浮体和深潜水下的垂直阻尼板、连杆和PTO系统组成.利用水动力分析软件ANSYS-AQWA进行数值计算,在波浪侧向入射的工况下,分别研究自由漂浮和悬链锚固下的运动响应,研究3种海况下的轻重浮体在不同阻尼系数下的获能性能,以及型宽对获能性能的影响.结果 表明,型宽对于获能性能具有较大的影响,半波长为最佳的型宽尺寸,发电装置在长波条件下也具有较强的发电能力.     

多因素下张力腿平台耦合动力响应特性研究

考虑立管、张力腿及平台本体的非线性耦合,建立六自由度的振动微分方程。推导了方程中的质量矩阵、耦合刚度矩阵、阻尼矩阵及波浪荷载的计算公式。采用微元法对立柱和浮筒进行离散,求得方程数值解。比较分析了四种工况下张力腿平台的耦合动力响应、张力腿及立管张力的变化,揭示了波浪周期、波高、浪向角、预张力、工作水深等多因素对张力腿平台运动响应的影响。     

碟型越浪式波能发电装置的整体设计及优化

海洋不仅蕴含丰富的石油、天然气资源,还蕴含着潜力巨大的波浪能资源。波浪能按照成因不同可以分为涌浪能和风浪能2种,波浪能作为一种清洁、可再生能源,其合理的开发和利用已经成为一项国际研究热点。我国海岸线漫长,海洋面积广大,波浪能的合理利用有助于调节我国的能源结构,促进国民经济持续、健康和稳定的发展。在波浪能开发过程中,实现海水动能、势能转化为电能是一项关键技术,目前常见的能量转换装置包括振荡水柱式、越浪式、摆式等。本文建立了波浪能的运动数学模型,在传统的越浪式发电装置的基础上,设计了一种新型的碟型越浪式波浪能发电装置,并对该碟型发电装置的整体结构和工作原理进行详细介绍。     

深水系泊缆绳动力特性研究

考虑波浪、海流、顶部浮体运动与海底接触效应的影响,依据集中质量法建立系泊缆绳柔性力学模型,以一座深水半潜式平台的系泊系统为例,对比研究了各种因素对于缆绳动态张力与水中构型的影响程度,最后采用模型试验方法对数值计算结果进行验证。研究表明：缆绳的动态系泊张力主要由浮体运动所引起,可达总张力的20%左右,海流流速可使得缆绳形态出现大变形,导致缆绳卧底长度发生明显改变,危及平台作业安全,波浪与海底摩擦对于缆绳响应的直接作用较小,设计阶段基本可以忽略不计。     

系泊Spar平台波浪中耦合运动的数值模拟及模型试验

为了研究恶劣环境载荷引起海洋结构物的非线性运动响应,文章基于三维时域格林函数理论,提出了采用时域物面非线性理论方法直接模拟系泊浮体时域耦合分析所需的水动力,建立了系泊浮体波浪中时域耦合运动的数学模型.该方法充分考虑了每时每刻浮体在瞬态波面下湿表面的变化,并计及平均水线面下瞬时空间位置的改变,系统研究了系泊Spar平台波浪中的耦合运动响应及系泊线张力.最后,将数值模拟结果与模型试验结果进行了比较,计算结果令人满意.     

张力腿平台在随机波浪中的耦合运动响应研究

文章研究了张力腿平台在随机波中长期海况下的耦合响应。推导了振动微分方程中的质量矩阵、耦合刚度矩阵、阻尼矩阵和运动坐标系下张力腿平台波浪外荷载。采用微元法对立柱和浮筒进行离散,运用龙格-库塔法对运动微分方程进行了数值求解。海浪谱采用Jonswap谱,随机波采用蒙特卡罗法来模拟,对不同海况下张力腿平台耦合动力响应、张力腿张力变化进行了能量谱分析。并且比较分析了不同浪向角、不同谱峰周期对平台运动响应的影响。对考虑耦合与不考虑耦合张力腿平台响应进行了比较。     

基于AQWA的波浪能发电装置主浮体水动力特性研究

利用水动力计算软件AQWA对双浮体式振荡浮子波浪能发电装置主浮体进行仿真分析,对不同尺寸垂荡板的主浮体进行建模仿真,并就各自RAOs、激振力、附加阻尼和附加质量进行频域分析。结果表明,在波浪频率低于0.3 Hz时,垂荡板尺寸对其影响尤为明显;当波浪频率分别大于0.2 Hz、0.36 Hz和0.35 Hz时,垂荡板尺寸分别对RAOs、激振力和附加阻尼失去影响;对于同一吃水线、不同垂荡板尺寸的主浮体,波浪频率对其附加质量有较大影响,且垂荡板尺寸越大影响越严重。     

基于统计过程控制理论的张力腿平台有效上浪波高分析

文章以统计过程控制理论(Statistical Process Control,SPC)为基础提出了一种张力腿平台甲板有效上浪高度计算模型,针对海浪波高是随机过程这一不确定因素导致的上浪波高没有确定解的情况,分析计算了波浪谱下的张力腿平台相对运动和有效上浪波高,计算得到了有效上浪波高控制中心均值、下管制限值、上管制限值和相应发生概率。由相同波浪参数下不同波浪谱计算得到的有效上浪波高控制中心均值相同这一结论,发现波浪能量在不同谱之间的分布是相同的,说明波浪能量在时间维度、空间维度和频率维度的分布是一致的。在求解有效上浪波高控制中心均值时,提出了能更好刻画波高在波浪参数下的分布形式的面积均值法,并由此方法计算控制中心均值和上管制限值。以一型张力腿平台为例,针对波浪谱中超过某一发生概率的情况,运用统计过程控制理论和SPC控制图,计算了有效上浪波高控制中心均值、下管制限值和上管制限值,判断随机有效上浪波高是否处于统计控制状态,发现了波浪谱中的发生概率越大,随机有效上浪波高越可控这一规律。比较不同波浪入射角的有效上浪波高控制中心均值,发现了不同波浪入射角对有效上浪波高影响不大、发生概率对有效上浪波高影响较大的规律。最后基于统计过程控制理论计算得到整个有效上浪波高均值、发生概率、下管制限值和上管制限值。提出了在有效上浪波高均值和上管制限值之间结构物会受到交变载荷的作用容易疲劳损伤和腐蚀损伤的建议。结果表明该方法可以对张力腿平台有效上浪波高进行计算,并可推广应用于其它海上结构物的有效上浪波高计算。