波浪荷载作用下桥墩码头动力响应分析

采用数学理论推导了规则波浪荷载与随机波浪荷载的计算表达式,并应用仿真数值模拟对波浪荷载作用下桥墩码头结构的动力响应进行了分析,研究了波浪的波高、周期、入射角、水深四个波浪参数对桥墩码头动力响应的影响。通过施加两种不同形式的极限波浪荷载,确定了桥墩主应力的分布规律以及危险区域。计算结果表明:波高和水深对桥墩码头的影响较大,但是波高的变化对桥墩的影响更为显著;周期对桥墩的影响有一定的局限性;入射角对桥墩码头影响最小;桥墩的最大主应力没有超过混凝土的抗拉设计强度,并富有一定的安全储备,桥墩是安全的。     

海上风机三桩基础与上部结构动力响应分析

基于ANSYS有限元平台,建立了海上风机三桩基础与上部结构一体的三维模型;采用Block Lanzcos法进行模态分析,得到风机结构的各阶模态振型,确定了结构的振动特性;并结合模态分析结果,考虑周期性波浪荷载的作用,对结构模型进行了瞬态动力分析。结果表明:海上风机三桩基础与上部结构模态振型较容易表现为弯曲形式,结构的抗弯性能要求较高。在波浪荷载作用下各关键部位的位移与应力时程曲线随时间的变化规律都表现为周期性波动,但又存在差异。对于位移时程曲线,离基础越远的部位,其位移幅值越大,波动非线性特性也越明显;对于应力时程曲线,应力幅值主要位于立柱顶端,即立柱与塔筒连接部位。波浪荷载对结构的受力和变形影响较大,不容忽视。     

近海风机基础-塔架结构体系振动监测与动力响应分析

我国东部近海区域目前建设的风电场基本均采用桩基结构,桩基一塔架结构体系是典型的细长高耸结构,在复杂海洋环境载荷作用下具有明显的动力性质、随机性质和非线性性质。本文结合江苏响水近海试验风机长期的桩基础一塔架结构体系振动监测数据,分析了结构体系振动与风、浪等环境荷载的相关性,结果表明：振动加速度与风速均方差存在明显的相关关系,塔架顶部的振动加速度随均方差的增大而增加;建立模型进行了动力有限元计算分析,计算结果较好反映了响水近海试验风机不同工况的动力响应。研究成果具有一定的工程应用价值,可为海上风机基础设计提供参考。     

波浪荷载作用下桩柱动力响应分析

参照大连理工大学海动研究室的实验条件和数据,基于 Workbench 平台,应用 FLUENT 流体模拟软件,通过 UDF 编写二阶 Stocks 波浪方程进行波浪模拟。建立三维数值水槽模拟原型实验,获得了作用在柱体上的正向力和横向力的变化曲线,与真实实验数据比对良好。通过监测获得波面处水质点运动曲线,发现水质点运动不是类正弦变化,而是有规律的“二次跳跃”变化;通过对柱体结构动力响应分析,得到了位移响应曲线,并给出了工程建议。     

风、浪、流荷载联合作用下海上升压站结构动力响应研究

台风作用引起的极端荷载对海上升压站的安全性构成了极大的威胁。基于有限元软件建立海上升压站计算模型,采用线性滤波法的AR模型模拟脉动风,采用线性波浪叠加法及改进的JONSWAP谱模拟随机波浪场,研究了结构的自振特性和风、浪、流荷载作用下结构的动力响应特性。结果表明：海上升压站结构的各阶自振频率均不在共振频率影响区域,可以保证结构不会与波浪发生共振;结构的响应随着波浪重现期或者台风风级的增大而增大,风荷载是海上升压站结构的主控荷载;风、浪、流荷载联合垂直作用于结构轴面时,会产生极端应力、位移响应,结构设计时应当在支撑柱交接部位进行加强处理。     

钢框排架在风荷载作用下的动力响应分析

以某大型火电主厂房钢框排架结构为研究背景,采用ANSYS和MIDAS/GEN有限元软件建立了其脉动风速模型,分析了结构在静力风荷载和脉动风荷载作用下的受力状态,并分析结构在脉动风作用下的动力响应。结果表明:钢框排架的动力和位移时程响应表现出与脉动风荷载相似的随机性;考虑脉动风效应后,作用于结构上的风荷载峰值显著增大;脉动风作用下结构的最大位移和静力分析结果基本一致,等效静力风荷载作用于该结构产生的数值结果整体较实际情况偏大。     

风荷载模拟方法探讨

通过对近年来风荷载模拟方法的总结,简单论述了其发展历程,并简要介绍了谐波叠加法、线性滤波法以及小波分析在风荷载模拟中的基本原理以及其中存在的一些问题。最后展望了风荷载模拟研究的前景。     

爆炸荷载作用下拱坝动力响应分析

高坝因其巨大的库容,在发挥显著经济效益和社会效益的同时,其安全问题也越来越受到关注。在当今战争条件下或在恐怖袭击中,巨型高坝极有可能成为敌人重点攻击目标,大坝一旦遭受炸弹攻击和破坏,将会给所在国家和人民造成不可估量的损失。以某碾压混凝土拱坝为研究对象,建立拱坝三维有限元模型,对爆炸荷载作用下拱坝的动力响应进行分析,可以为混凝土高拱坝的抗爆安全性能评估及抗爆设计提供参考和借鉴。     

环境荷载联合作用下海上风电结构动力响应分析

为研究海上风电结构在复杂的海洋环境中承受环境荷载(风、波、冰、流)的联合作用时,结构产生的剧烈的动力响应问题。文章以三脚架基础海上风电结构为研究对象,采用ANSYS有限元软件建立其整体模型并进行荷载(风、波、流和风、冰、流)联合作用下的静力校核,通过对环境荷载联合作用下的三脚架基础海上风电结构进行瞬态分析,掌握其动力响应的特性及规律。结果表明:三脚架基础结构的一、二阶自振频率均为0.285Hz,在所选风机允许的频率范围内,可以保证整体结构不会与风机转动发生共振;风荷载在风、波、流荷载联合作用下主导控制结构响应的稳态波动,冰荷载在风、冰、流荷载联合作用下主导控制结构的稳态振动过程;塔筒顶端呈现的位移和加速度响应均远大于三脚架基础顶端;环境荷载联合作用下结构动力响应是环境荷载单独作用下动力响应叠加的结果。     

随机波浪作用下大直径薄壁圆筒防波堤的动力分析模型

根据大直径薄壁圆筒防波堤的受力特征,提出了防波堤可能出现的3种运动模态：摇摆运动、摇摆-小滑移运动和摇摆-大滑移运动。引入控制侧向滑移的阻滑板-弹簧-阻尼器,建立了在随机波浪荷载作用下的大直径薄壁圆筒防波堤的动力模型,并建立了相应的运动方程。根据大直径薄壁圆筒结构防波堤系统的特点,提出了其附加土质量和其它参数计算公式。通过实例验证,表明本模型对随机波浪荷载作用下大直径薄壁圆筒防波堤动力响应数值模拟是可行的、有效的。     

近海风力发电机桩基础的动力学分析

针对近海风电桩基础的动力学问题,结合实际工程,采用数值软件对独桩基础、导管架基础和高桩墩台基础进行模态和时程分析,得到3种基础的振型图、固有频率、周期及其位移响应曲线.通过分析可知,经过1个周期后3种基础进入稳态振动;同时发现高桩墩台基础的动力放大系数高于独桩基础和导管架基础,但是放大后的位移仍小于后两者,约为它们的一半,因此从风电基础对变形要求的角度考虑,高桩墩台是最理想的近海风电基础.     

Wind-wave induced dynamic response analysis for motions and mooring loads of a spar-type offshore floating wind turbine

Due to the energy crisis and the environmental issues like pollution and global warming, the exploration for renewable and clean energies becomes crucial. The offshore floating wind turbines（OFWTs） draw a great deal of attention recently as a means to exploit the steadier and stronger wind resources available in deep water seas. This paper studies the hydrodynamic characteristics of a spar-type wind turbine known as the OC3-Hywind concept and the dynamic responses of the turbine. Response characteristics of motions and mooring loads of the system under different sea states are evaluated and the effects of the loads induced by the wind and the wave on the system are discussed. The calculations are carried out with the numerical simulation code FAST in the time domain and the frequency analysis is made by using the FFT method. The results and the conclusions from this paper might help better understand the behavior characteristics of the floating wind turbine system under actual ocean environments and provide valuable data in design and engineering practice.     

基于调度线的水库多目标可供水量计算方法与应用

针对我国水源工程功能转换这一趋势,提出以水库供水调度线为控制,采用长系列等流量调节计算,建立以满足不同用户保证率为目标的可供水量计算分析方法。以三亚市赤田水库为例,通过长系列操作计算,确定同时满足生态环境需水、城镇供水、农业灌溉等多目标多保证率要求的水库最大可供水量,并分析城镇可供水量与用户保证率的变化关系和水源功能变化对设计供水能力的影响。该方法具有一定实用性和通用性,可为水库可供水量的计算提供参考。     

Numerical study of seabed response and liquefaction around a jacket support offshore wind turbine foundation under combined wave and current loading

The seabed instability induced by the transient liquefaction when exposed to wave-current may threaten the safety of offshore structures. In this study, the Reynolds-averaged Navier–Stokes (RANS) equations with the k–ε turbulence model were used to imitate the fluid dynamics, and Biot's poro-elastic theory was used to simulate the transient seabed response. An in-house solver (porous-fluid–seabed–structure interactions–field operation and manipulation) integrating the flow model and seabed model with the finite volume method was developed. The present model was confirmed with published experimental results and then used to analyze the dynamic process of the fluid–seabed–structure interactions as well as seafloor liquefaction around the jacket foundation under wave-current loading. The simulated results showed that the depth and range for the liquefaction area around the jacket foundation tended to increase at first and then declined as the wave propagated forward in the absence of current. In addition, the results demonstrated that the liquefaction depth under current and wave in the same orientation was greater than that without current. It is worth mentioning that the downstream piles were more prone to liquefaction than the upstream piles when the forward current existed.     

单桩基础海上风力机遭遇船舶撞击的动力响应分析

为研究单桩基础海上风力机遭遇船舶撞击的动力响应特性,建立基于国内某单桩柱式的3MW风力机与船舶碰撞模型,运用显式动力学理论并结合非线性有限元方法,通过LS-DYNA模拟5000t船舶以不同速度撞击风力机过的动力响应过程。结果表明:碰撞持续的时间和最大接触力随着速度的增加而增加;碰撞结束后,船舶回弹动能与初始动能之比随着速度的增加而减少,但结构变形能与初始动能之比随着速度的增加而增加;当船舶速度为2 m/s时,碰撞主要为塑性碰撞,撞深为0.675 m,塔顶风力机最大位移和加速度分别为2.3 m和29 m/s~2。     

海上风电基础结构疲劳寿命分析

针对海上风电基础结构疲劳损伤、疲劳寿命评价方法展开研究.区分疲劳荷载为单级疲劳荷载和多级疲劳荷载联合作用两种情况,考虑渐增型、往复型和正弦波型3种疲劳荷载作用方式,借助三桩导管架式海上风电基础,采用基于S-N曲线和Palmgren-Miner线性累计损伤法则的疲劳寿命估算方法对疲劳荷载作用下的结构疲劳损伤进行了计算,对结构整体寿命进行了评价;对单级疲劳荷载或多级疲劳荷载联合作用时,3种作用方式作用下的基础结构进行了疲劳分析,定义疲劳极限与疲劳荷载造成的应力水平的比值为安全系数,用以量化基础结构各部位或部件的抗疲劳能力,同时验证了加载顺序对于结构的锻炼效应.结果表明:基于S-N曲线和Palmgren-Miner线性累计损伤法则的结构疲劳寿命估算,其依托的应力水平是单独获得的,忽略了加载顺序的影响;渐增型、往复型及正弦波型3种疲劳荷载作用形式对结构疲劳寿命的影响渐趋恶劣;由高到低的加载顺序对结构造成的损伤比由低到高的加载顺序要严重.