海上吸力基础式风机结构动力响应研究

由于海上风机受到风浪流荷载的长期作用，因而其动力响应问题成为风机结构设计的关键问题。针对上述情况，以5 MW吸力基础固定式海上风机为研究对象，充分考虑风机基础与土的相互作用等非线性荷载，利用有限元方法建立了综合考虑空气动力、水动力和土壤约束力作用的海上风机整体动力耦合分析模型，在多荷载工况组合下进行了海上风机结构的动力响应分析。研究结果表明，海上风机整体结构位移最大区域在塔筒顶部，应力最大区域在吸力基础与风机塔架的连接处。通过对线性叠加法和Turkstra准则的对比分析验证可以看出，采用Turkstra准则能更准确地获得对风机结构动力响应最不利的荷载组合方式。     

基于多源数据的海上风机结构响应特征

基于海上风机多源实测数据,包括塔筒及基础结构的动力响应数据、机组运行数据和现场环境数据,分析不同工况下风机结构响应的统计特征,得到环境和工况对结构响应的影响。结果表明：该风机结构的加速度响应以机舱坐标系侧向为主振方向;在风速达到额定风速时,加速度响应强度达到最大,随着风速进一步提高,结构加速度响应强度呈下降趋势;在停机状态、启停机过程和低转速运行工况下,塔筒顶部测点的加速度响应强度大于其他测点,而在变转速运行和额定转速运行工况下,塔筒中部测点的加速度响应强度最大。在进行海上风机结构振动监测时应重点关注风机塔筒顶部和中部的加速度响应特征变化。     

新型海上风电机塔筒与导管架基础的筒式连接结构分析

针对海上风电机基础设计中存在的载荷承载机制不连贯的问题,依据工程实际,设计了一种新型海上风电机塔筒与导管架基础的筒式连接结构。在考虑了包括风电机塔筒底端运行载荷、自重、风载荷、波浪载荷、海流载荷等计算载荷基础上,采用通用有限元软件ANSYS对筒式连接结构及与之相连接的导管架基础进行建模,并依据控制变量法,建立对比结构模型。对筒式连接结构和对比结构在风海流联合作用下进行不同入射方向的数值模拟计算,并将计算结果进行比较,证实了筒式连接结构在结构形式与载荷传递方面的优越性,从而为海上风电机基础的设计提供一些参考。     

导管架平台冰激振动响应分析

根据导管架平台的结构特点，建立了导管架平台有限元模型。对其进行模态分析，获得前3阶固有频率和模态振型，计算结果与实测结果相符合，表明导管架平台的有限元模型是准确的。在此基础上，对导管架平台施加风、海流静载荷及动冰载荷，进行导管架平台的动力响应分析，获得了导管架平台各个关键点的位移和加速度响应曲线。     

基于ABAQUS/AQUA的深水导管架平台动力分析研究

运用ABAQUS/AQUA中的波流耦合算法模拟分析了较大水深海洋导管架平台在随机波浪作用下的应力变化及振动响应过程,包括海流载荷引起的拖拽力作用和附连水质量惯性力影响。通过大量数值模拟计算,得出了一些有规律性的曲线,为随机波作用下深水导管架动力响应分析提供借鉴。     

大港滩海地区桶形基础平台地震响应分析

按照平台设计尺寸,建立以平台板、导管架和桶体为一整体的三维有限元计算模型,考虑桶-土-结构相互作用,用弹簧-阻尼体系模拟软基的动力特性。不考虑外力的作用,确定桶形基础平台的自振特性。进而,输入天津波的动加速度时程曲线,对平台板、导管架和桶体的位移时程响应进行分析。结果表明,桶形基础平台中不同构件沿X方向的位移时程响应是不同的,以平台板响应最为明显,平台板角点沿X方向最大位移量为10cm;而平台板、导管架和桶体沿Y方向的位移时程响应很一致,桶形基础平台中不同构件沿Y方向最大位移量均小于1cm。     

基于腽气QUS／AQUA的深水导管架平台动力分析研究

运用ABAQUS／AQUA中的波流耦合算法模拟分析了较大水深海洋导管架平台在随机波浪作用下的应力变化及振动响应过程，包括海流载荷引起的拖拽力作用和附连水质量惯性力影响。通过大量数值模拟计算，得出了一些有规律性的曲线，为随机波作用下深水导管架动力响应分析提供借鉴。     

风浪流作用下考虑筒-土接触的吸力筒导管架响应

以中国南海某海上风电吸力筒导管架基础为分析对象,以50 a重现期极端工况为载荷条件,考虑筒-土接触建立全三维有限元模型,对吸力筒导管架的安装角度和结构强度、地基沉降以及筒基承载力进行分析。结果表明,当基础安装方向与浪流作用方向的相对作用角为120°时,基础所受载荷响应最小。地基承载力和基础强度满足要求。在基础及风机安装过程中最大产生0.431 m土体沉降,应为基础预留足够的沉降量。     

杆系结构风激响应及谱分析

基于脉动风的基本理论和Davenport风荷载功率谱,提供了在频域内杆系结构迎风风激响应的计算方法。应用Morison方程确定风荷载,同杆系结构耦合求解其各阶振动的频率响应函数,并根据线性系统特性计算结构的位移谱。给出不同参数的杆式结构在各种风速作用下的位移图谱,可供工程应用参考。     

台风环境中典型海上风机结构的动力响应数值分析

基于COMSOL有限元软件,计算分析台风环境中风机结构承受的风荷载、波浪荷载和流荷载,建立典型大直径单桩与导管架基础风机结构简化模型,分析台风极端工况下风机桩基泥面和轮毂点的转角与位移动态响应,为台风环境中海上风机基础选型提供建议。     

大型海洋石油平台风振响应

针对大型海洋石油平台钻井架、吊机等高耸镂空结构抗风敏感性问题,进行了高耸结构风致振动响应分析。基于相似准则开展了0~360°全风向角下大型海洋石油平台高频动态测力天平实验,建立了平台结构全风向角下脉动风载荷空间分布估计模型,进行了全风向角下平台结构风致振动评估,获得了平台结构风致振动特性和阵风载荷因子变化规律。结果表明:平台结构横风向脉动风载荷均方根值约为顺风向脉动风载荷均方根值的10%;平台结构风致振动主要集中于井架等高耸镂空结构,横风向加速度均方根值约为顺风向加速度均方根值的55%;井架等高耸结构对横风向脉动风载荷动力放大作用较大。进行大型海洋石油平台结构抗风设计时不应忽略横风向风载荷作用,还要重点关注高耸井架顶部和底部的风振响应以及高耸结构对横风向脉动风载荷的放大作用。     

浅水固定式平台大直径钢桩基础应用研究

海上固定平台一般采用导管架+桩基的结构形式来适应300 m以内水深的环境,导管架的桁架结构的刚度在顺应此水深范围内的环境荷载、节省材料等方面具有很大的优势,但是导管架的建造工艺、安装工序较复杂,成本较高。对于水深较浅的情况,海洋环境荷载要求较低,结构基础绝对高度也较低,不需要考虑利用结构柔性传递释放荷载,因此对于浅水固定式平台提出取消导管架、采用大直径钢桩基础的方案,大直径钢桩直接伸出水面作为上部组块的基础。以乌石项目海域工程为背景,对采用超大直径钢桩基础替代传统的导管架基础进行了计算分析,证明了超大直径钢桩基础在技术上可以满足浅水固定平台的需要,在安全性、经济性方面优于传统导管架形式的浅水固定平台。取消导管架可减少导管架建造和海上安装环节,简化建造和安装工艺,降低工程风险,大幅度降低建造和安装成本。     

海上风机基础结构力学分析

结合我国第一个海上风力发电示范项目,利用ABAQUS有限元软件分析了海上风机的基础结构与风机塔架的整体动力特征和风机基础在不同动力荷载作用下的耦合特征,给出各种荷载,如风荷载、风机运行荷载、冰荷载、波浪荷载等,并研究了各种荷载对风机基础结构强度的影响规律.以期为海上风机基础的设计提供参考.     

导管架平台在随机波浪载荷作用下的结构响应

利用ANSYS有限元软件建立三维导管架平台结构模型,结合随机波浪理论、莫里森方程及JONSWAP谱,对危险区域的2个敏感性单元以及1个节点进行详细分析,研究导管架平台在8个不同浪向随机波浪载荷作用下的结构响应问题。考虑波、流联合作用对导管架平台结构响应的影响,对导管架平台在极端随机波浪载荷作用下的响应进行分析。     

随机波浪作用下的平台动力响应分析

随着我国海洋石油开发逐渐由浅海转向深海,工作水深百米以上的深水导管架陆续投入使用,与浅水导管架相比整体刚度较小,而且海况更加恶劣,因此需要进行动力响应分析。本文以某典型深水导管架为例,使用SACS分析软件对开敞水域的波浪P-M谱进行拟合,生成伪随机浪,并通过动力分析模态叠加法得到导管架的动力响应,进而得到动力放大系数,作为静力分析中波流力的放大因子,从而模拟导管架的真实环境荷载。     

基于模糊理论海洋平台的MRFD半主动控制理论研究

基于模糊理论控制采用磁流变阻尼器（MRFD）对海洋平台在随机波浪力作用下的振动控制效果进行研究。以平台的位移、速度响应为输入量,给出最优控制力的计算方法,并基于线性波浪理论和Morison方程实现了随机波浪力的数值仿真。以平台结构振动响应幅度为控制目标,设计MRFD系统,实现对海洋平台的最优控制。以典型导管架平台为例,进行多自由度数值仿真,仿真结果表明模糊控制下MRFD的半主动控制对海洋平台的动力响应有明显的控制效果。     

基于ANSYS的导管架平台强度分析

导管架平台的波浪力分析是设计中的难点,利用ANSYS软件中PIPE59单元的浮力、波浪及海流荷载计算功能,通过控制单元参数可达到自动模拟海流载荷目的。在Water Table菜单中分别输入8个方向波流参数,其中疲劳分析考虑的是平台在一个周期里受到的最大和最小波浪载荷,编程计算求出每个方向产生最大作用的相位角。通过建模分析,得到8种工况下结构位移和导管架各点应力。     

导管架结构方案优化研究

对于100 m水深的大型导管架综合性平台，在结构形式上，可以采用不同的设计方案，在水平层上可以采用5层或6层布置。为了论证两种方案的优劣，此文运用相同的环境数据，运用SACS有限元软件，论证了两种结构形式的可行性，对两种方案进行施工受力分析，对比两种导管架平台方案所受环境荷载、桩头力、导管架节点数量、结构重量等关键参数，最后论证了两种导管架方案中5层方案是用钢量少，受力特性优，投资较低的结构方案。     

近海风电机组单桩式支撑结构载荷和动力响应的研究

近海风电机组的支撑结构承受风机载荷和风、浪、流等环境载荷的作用。基于动量-叶素理论得出发电机的控制策略,根据随机瞬时风速序列和发电机运行状态计算了近海风电机组单桩式支撑结构所受的风机载荷和风压作用,并通过Morison公式计算了浪流联合作用对支撑结构的载荷。用ABAQUS软件对支撑结构和海底土层建模,通过振型叠加法计算结构的动力响应,求出了结构顶端位移和速度以及结构最大应力的时间历程,并研究各种载荷对结构的影响。结果表明,风机载荷是结构动力响应的关键影响因素。     

钢框架内细高塔水平限位设计

石油化工装置中,高径比大的塔形设备,除满足本体强度外,在风载作用下,还要根据操作要求限制塔体本身水平位移不能过大,否则会影响设备本体及附塔管线的正常运行。在塔的适当部位设置限位架,通过框架结构某一楼面梁限制塔体水平位移,是解决塔体水平位移过大的一种简便有效的方式。此类框架结构上大多无较大垂直荷载,仅在框架内设置限位架从而有效的限制塔体水平位移。同时,框架平台兼具塔平台的操作检修功能。