Validation and application of nonlinear hydrodynamics from CFD in an engineering model of a semi-submersible floating wind turbine

Nonlinear hydrodynamics play a significant role in accurate prediction of the dynamic responses of floating wind turbines (FWTs), especially near the resonance frequencies. This study investigates the use of computational fluid dynamics (CFD) simulations to improve an engineering model (based on potential flow theory with Morison-type drag) by modifying the second-order difference-frequency quadratic transfer functions (QTFs) and frequency-dependent added mass and damping for a semi-submersible FWT. The results from the original and modified engineering models are compared to experimental data from decay tests and irregular wave tests. In general, the CFD results based on forced oscillation tests suggest increasing the frequency-depending added mass and damping at low frequencies compared to first order potential flow theory. The modified engineering model predicts natural periods close to the experimental results in decay tests (within 5%), and the underprediction of the damping is reduced compared to the original engineering model. The motions, mooring line tensions and tower-base loads in the low-frequency response to an irregular wave are underestimated using the original engineering model. The additional linear damping increases this underestimation, while the modified QTFs based on CFD simulations of a fixed floater in bichromatic waves result in larger difference-frequency wave loads. The combined modifications give improved agreement with experimental data in terms of damage equivalent loads for the mooring lines and tower base.     

沥青路面力学响应的季节性变化研究

为使对路面结构的分析和设计更加符合实际情况,需要考虑季节性的变化．针对某一柔性基层沥青路面结构进行分析,通过室内试验确定了各层沥青混合料的动态模量主曲线和时间温度换算因子,并确定了路面结构内温度场和动态模量的分布和变化,进而计算了路面结构关键响应随时间的变化情况．分析了路表弯沉、沥青层底拉应变和土基顶面压应变季节性波动情况,并在满足工程精度要求下,确定了响应的关键位置.     

水下爆炸作用下箱形梁模型响应试验研究

对模拟水面舰船结构的箱形梁模型在水下爆炸作用下的响应进行试验,借助高速摄像机观测气泡脉动过程和结构响应过程,发现箱形梁结构在水下爆炸作用下的响应可以分为三个阶段.不同的爆点位置,气泡脉动能够激起不同振动形式的鞭状响应运动.     

深水SPAR风机系统全耦合动力响应分析研究

文章采用联合开发的计算程序对深水SPAR风机的浮体、锚泊和风机各子系统进行了水—气动力的全耦合数值分析,研究了深水浮式风机系统的动力响应特点。浮体水动力计算采用基于二阶精度的混合波浪模型(Hybrid Wave Model)的MORISON公式,锚泊系统采用细长杆理论通过非线性有限元方法实现,风机系统的空气动力分析采用基于多体气动弹性理论的FAST模块。以浮体控制方程为主体,通过模块间的载荷与位移传递在每个时间步上迭代求解,形成完全耦合的时域分析方法。通过对NREL的5MW SPAR风机系统在随机海况下的水动力响应分析,验证了该方法的有效性,并分析了浮式风机子系统间的混合动力作用。     

水下爆炸气泡激起的船体鞭状运动

本文揭示了水下非接触爆炸产生的气泡脉冲缴起细长形船体鞭状响应运动的现象。考虑到了水下爆炸气泡的脉冲多次性,迁移和水面效应,计算结果与弹性船模试验结果进行了对比,符合程度令人满意。     

梁单元形函数在车桥时变系统振动分析中的选取研究

在阐述移动连接单元动力特性的基础上,提出了车桥时变系统振动分析中梁单元形函数所应满足的条件;导出了适合此系统振动分析的梁单元五次形函数,并通过算例分析了梁单元形函数的选取对此系统振动响应的影响。计算结果表明:选用三次形函数会导致梁单元结点处曲率的不连续,影响此系统振动响应的计算精度;选用五次形函数满足了移动连接单元对形函数的要求,获得更精确的计算结果。     

地铁信号系统电源设计方案及相关故障应对办法研究

面对城市轨道交通信号系统电源在整个轨道交通中的重要性,电源设计方案首先保证合理、电源故障时应对办法得力,才能保证电源质量稳定可靠,行车安全高效。阐述了信号电源设计原则,遵循的规范和标准,列举了目前城市轨道交通信号电源的设计方案,提出了优化设计方案,另外从电源的故障情况出发,从运营保障的角度提出了电源故障的保障措施和应对办法。     

系泊船舶运动响应周期试验研究

针对国内外系泊船舶物理模型试验中所给系泊船舶运动响应周期特征参数的不同,对横向波浪作用下一艘26.6×104 m3系泊LNG船舶的运动响应周期特性进行物理模型试验研究。结果表明,半载状态下,纵移运动存在着32 s的自振周期;横移运动为周期性间歇增长运动,横移运动周期与系泊船舶固有横摇周期的比值在1.11～1.23,大体上随波浪周期增大成倍数增长;横摇运动峰值随波浪周期增大而增大,横摇运动周期与系泊船舶固有横摇周期的比值在1.23～1.48,大体上随波浪周期增大成倍数增长;不同装载状态下回转运动均存在着较长的自振周期:半载状态为30 s,满载状态为32 s。     

波浪冲击作用下海洋结构物的动力响应

通过对海洋结构物在波浪冲击作用下动力响应的试验研究,分析了波浪冲击作用下结构物最大动力响应及出现的时间。基于Fourier变换的频谱分析,得到了波浪冲击荷载作用下平台结构的水平和竖向振动特性。当入射波频率接近平台水平固有频率时,在水平方向会产生共振。结构物模型竖向刚度较大,试验中竖向不发生共振。     

大型集装箱船弹振和颤振研究简

随着集装箱船尺度的迅猛增大,弹振和颤振已成为大型集装箱船设计中需要重点关注的问题。从船舶运动和波浪砰击的角度出发,对大型集装箱船弹振和颤振的计算方法和模型试验进行了研究。研究表明,弹振和颤振对大型集装箱船体的结构强度和极限强度都有重要影响,在恶劣海况下,弹振和颤振对船体的影响甚至已经超过波浪对船体的影响。