带液舱FPSO船内外流场耦合的数值分析

带液舱FPSO船舶运动时对液舱晃荡的影响明显,而被影响的液舱晃荡会反过来改变FPSO船舶运动性能。该文采用基于开源代码OpenFOAM平台自主开发的CFD求解器naoe-FOAM-SJTU,对带有液舱的FPSO进行内外流场耦合数值模拟,对放开横荡自由度和不放开横荡自由度下的FPSO船舶运动和液舱晃荡进行了模拟研究;并对这两种状态下的船舶运动曲线和液舱抨击压力进行了比较。     

粉质黏土中筒型基础沉放的影响范围研究

随着我国近海风电场规模化建造,宽浅式筒型基础得到了越来越多的应用。为了抵抗百米高塔筒产生的巨大弯矩,筒型基础直径达到了40 m。为了准确评估筒型基础在施工期和服役期的地基承载力,有必要研究筒型基础沉放过程对周围土体产生的影响。本文开展了系统的室内模型试验研究,模拟了筒型基础的自重沉放与负压沉放过程,监测了筒基沉放过程中筒内外土体孔隙水压力变化及沉放前后土体强度的改变;基于孔穴扩张理论推导了筒型基础沉放最大径向影响范围的计算公式。研究结果表明:筒型基础在自重沉放阶段对周围径向土体的影响范围为距筒中心2.2倍半径;负压沉放阶段对土体的影响范围为距筒中心1.6倍半径。     

海上筒型基础的筒壁土压力计算

在风浪荷载作用下, 海上筒型基础结构的筒壁土压力计算是分析其稳定性的关键。当筒型基础发生转动时, 相比挡土墙的位移模式更加复杂, 筒体的转角和转动中心的位置都是影响土压力分布的重要因素。分析了筒型基础转动中心在不同位置时的土压力分布特点, 发现转动中心在筒体内部时, 同一侧筒壁上的土压力可能同时存在准主动区和准被动区, 呈非线性分布。基于考虑位移效应的土压力计算理论, 提出了适用于筒型基础不同转动模式的土压力计算方法, 得到筒壁纵向和环向的土压力计算式, 通过与现场实测结果和有限元模拟结果对比验证分析, 发现理论计算结果与实测结果和数值模拟结果一致性较好, 且能体现土压力的环向分布特点。     

冲刷深度对海上风电复合筒型基础结构安全性的影响分析

结合某海上风电工程,通过开展复合筒型基础的数值模拟,研究了冲刷深度对复合筒型基础结构安全性的影响,包括对基础变形、极限抗倾覆承载力、结构应力和整机固有频率的影响。研究结果表明,随着冲刷深度的增加,基础变形和筒体结构应力增加,而极限抗倾覆承载力和整机结构固有频率降低。以筒径36 m、筒长10 m的复合筒型基础工程为例,当基础顶所受弯矩M=389×10~6 N·m、基础周围土体冲刷为4 m时,基础顶转角增加11.7%,基础极限抗倾覆承载力降低23.2%。此外,相比于基础变形、极限抗倾覆承载力,结构应力和整机结构固有频率受冲刷深度影响相对较小。     

有限深水中沉井的水动力计算

本文提出用特征函数展开和匹配方法计算圆筒形沉井在有限深水中的流体动力系数,其中包括垂荡、纵荡(横荡)、纵摇(横摇)及纵荡与纵摇(横荡与横摇)偶合的附加质量和阻尼系数。用文中推导的公式编制的计算程序,对已发表的有三维源汇分布法计算和实验结果的例子的计算表明本方法有效。本方法的优点是计算速度大大快于其它数值方法,而且计算结果准确。文中对一些形状的沉井进行了计算,得到了其水动力系数的若干变化规律。本文对海洋工程中沉井这一结构物在波浪中的运动估算和结构设计提供了有效手段。     

强迫运动柱体附加质量与阻尼系数的CFD计算

基于CFD的RANS方法,计入粘性和自由面的影响,模拟船舶剖面柱体的单自由度强迫摇荡运动,得到横荡、升沉、横摇及横荡对横摇的附加质量与阻尼系数,并与试验进行了比较,符合良好。两种不同网格进行试算比较表明:整体域移动网格的稳定性和计算效率要优于局部重划的非结构网格。最后,针对加装了舭龙骨的柱体进行强迫横摇运动模拟,求解大幅度横摇下的横摇阻尼,分析了舭龙骨尺度对横摇阻尼的影响。各种计算表明:无论是线性还是大幅度非线性运动,粘性CFD方法能有效地预报耐波性中各种运动模态的的水动力系数。     

无黏性土中筒型基础静压下沉模型试验研究

筒型基础是海洋结构物特别是海上风力机的重要基础型式之一,其下沉阻力的研究是该种基础型式成功应用的关键。以往下沉阻力计算多以静力触探的锥尖阻力为基础,考虑渗流对土体有效应力的影响,通过试验确定筒侧壁与端部阻力系数得到最终的下沉阻力,但对于下沉过程中筒-土间的挤压特性及摩擦系数研究较少。本文开展了3种不同厚径比的筒型基础静压下沉模型试验,测量了下沉过程中筒内外侧壁及端部土压力与总的下沉阻力;基于孔穴扩张理论及土塞效应建立了筒内外土压力的计算方法;以地基承载力公式为基础推导了筒端土体阻力的计算方法。研究表明筒型基础下沉过程中筒土间摩擦系数约为0.4,DNV规范推荐的k_f=0.001~0.003仅适用于计算筒外壁摩阻力,实测的筒内壁摩阻力远大于计算值,端阻力系数k_p与土体的有效内摩擦角相关,k_p=1.8时计算值与实测值吻合较好。     

海上风电塔架-筒型基础结构流激振动响应分析

从海上风电塔架和基础结构的设计出发,首次通过简化风机叶片和轮毂,并考虑基础和地基的限制作用,建立简化风机-塔架-基础-地基整体模型,分析塔架-钢混组合结构筒型基础的振动特性,并研究该整体模型在风荷载下的流激振动响应状况。既验证了近海滩涂地区采用钢混组合结构筒型基础的可行性,又为海上风电塔架-基础结构的设计、安全鉴定提供重要的参考手段。     

海上风电复合筒基波浪荷载试验研究

复合筒型基础是一种新型的海上风电基础,基础上部通过反弧型过渡段与塔筒连接。波浪与反弧段作用过程复杂,复合筒基所受波浪荷载特征尚不明确。通过物理模型试验的方法,分析线性波浪作用下复合筒基反弧段上的波浪荷载随水动力参数的变化规律,并将波浪荷载试验结果与基于传统方法的计算结果进行对比。结果表明:复合筒基波浪荷载随散射参数、波陡参数的增大而增大;Morison方程与绕射理论在进行复合筒基波浪荷载求取时有不同的适用工况范围。此外,文章基于多元回归的方法提出了可应用于工程设计的复合筒基波浪荷载计算公式。     

近海风电筒型基础风机结构地震 动力响应分析

为研究近海风电筒型基础风机结构的地震动力响应,基于ABAQUS软件的UMAT平台嵌入了能够反映土体非线性与滞后性的等效线性动本构模型,考虑土—结构相互作用（soil-structure interaction, SSI）,针对国内某近海风力发电系统构建“桨叶—塔架—筒型基础—土体”的有限元—无限元耦合分析模型,在静力分析的基础上采用时域分析法对其进行动力响应分析。研究表明,SSI效应会降低结构的自振频率;在地震动作用下,该风机高塔结构水平向加速度响应在塔架2/3高度附近处最大,竖向加速度响应则沿塔架高程一直增大,且其放大效应强于水平向。