船舶碰撞位置对单桩柱式海上风力机结构抗撞性能的影响研究

随着潮汐涨落、船舶型深及吃水深浅的变化,必然导致船舶与海上风力机碰撞位置的变化。为研究碰撞位置对海上风力机结构抗撞性能的影响,建立基于国内某单桩柱式3 MW风力机整机模型,采用显式动力学理论并结合非线性有限元方法,模拟5 000 t级船舶以不同速度撞击海上风力机不同位置的动力响应过程,通过支撑结构的应力及撞深、塔顶响应分析风力机结构的抗撞性能。结果表明:随着碰撞位置越高,接触时间越长,最大接触力也越大;碰撞点较低的支撑结构变形能和撞击深度大于碰撞点较高的位置;船舶速度为1 m/s时,碰撞位置越高塔顶风力机位移和加速度响应越大,当速度为4 m/s时,塔顶风力机响应幅值随着碰撞位置的上升而减小。     

海上风力机基础防护装置在船舶碰撞下的动态响应研究

海上风力机与船舶碰撞机率随着海上风场的发展而逐渐增加。为此,基于非线性动力学理论,采用Ls-Dyna模拟5 000 t级船舶在不同碰撞速度下与4 MW海上风力机单立柱三桩基础碰撞过程,研究橡胶-泡沫铝-钢结构的新型防护装置对碰撞过程中海上风力机结构动力响应的影响,对比分析有、无防护装置下海上风力机与船舶碰撞时系统能量转换、最大碰撞力及碰撞处的应力分布。结果表明:防护装置对塔顶风力机的动力响应抑制效果明显;塔顶正负向最大位移、速度和加速度较之无防护装置时分别减少了56. 4%、27. 2%和44. 2%;较之无防护装置,塔架下端结构变形能大幅降低,塔架撞深减少;防护装置可起到避免碰撞力集中施加于塔架,一定程度上减弱集中应力的作用。     

船舶碰撞海上风力机防护装置的动力响应对比分析

海上风力机与船舶碰撞概率随着海上风电场的发展将逐渐增大,研究海上风力机防撞性能具有重要的应用背景与价值。为此,考虑桩土耦合作用,对比橡胶、泡沫铝防护装置,采用显示动力学软件Ls-Dyna模拟海上风力机受船舶碰撞的过程。对比泡沫铝防护装置、橡胶防护装置及无防护装置下风力机受船舶碰撞过程的动力响应。结果表明:相同质量船舶随着速度增加,橡胶材料所受最大接触力增加,而泡沫铝材料先增加后减小,其在6 m/s后的吸能特性得到增强;对比有防护装置泡沫铝、橡胶及同等条件下无防护装置单立柱三桩结构海上风力机响应变化,泡沫铝材料对结构响应抑制最好;塑性应变等值线越密集,塑性变形越大,且斜撑与立柱连接处易发生塑性变形。     

海上风力机泡沫铝夹芯板防护装置结构抗撞特性研究

海上风能的蓬勃发展及航线密集增大了船舶与风力机的碰撞机率.基于非线性动力学理论,提出泡沫铝夹芯板结构防护装置的概念设计,为验证所提设计防护性能的优劣采用Ls-Dyna模拟3000 t船舶与5 MW单立柱三桩基础海上风力机碰撞过程,在不同船舶速度下对比分析相同厚度不同层数夹芯板防护装置结构抗撞性能.结果表明:厚度相同时,...     

海上风力机与船舶碰撞的动力响应及防碰装置

为确保海上风力机支撑结构的安全,设计了4种型式的防护装置。建立了有防护装置的3 MW风力机与船舶碰撞的模型,通过LS-DYNA模拟船舶以不同速度撞击风力机塔架,研究了碰撞过程中有防护装置塔架的动力响应特性,并将其与常规塔架进行对比。结果表明：无防护的塔架变形较大且迅速超过材料屈服极限;在1 m/s、2 m/s、3 m/s速度下,A型防护装置的结构变形能分别是无防护装置的22.13%、23.80%和42.58%,最大接触力是无防护装置的54.38%、54.95%、63.92%;组合型防护装置对风力机响应的抑制效果更好。     

基于LS-DYNA的不同结构船体耐撞性能研究

为了模拟现实中船舶撞击桥梁的过程以及分析船桥碰撞中船体的耐撞性能,应用三维建模软件UG建立了两种不同结构的船体模型,并采用LS-DYNA软件建立了不同结构船体正碰刚性墙的有限元模型。通过仿真计算,分析了船体耐撞性能的影响因素,结果表明,船体结构和初始碰撞速度对船体的耐撞性能都有一定程度的影响。     

异质金属曲面夹层板上面板抗撞性能研究及多目标优化CSCD

异质金属曲面夹层板具有优越的综合性能(比刚度高、耐撞性、轻质等),在航空、航天、高速列车、船舶等领域得到广泛应用。针对异质金属曲面夹层板上面板,进行了碰撞载荷作用下的性能研究。采用有限元数值模拟的方法对碰撞过程中不同上面板参数夹层板的综合性能进行数值求解计算,并利用响应面方法构建了上面板综合指标近似函数,从而得到上面板参数对夹层板抗撞性能影响规律。     

异质金属曲面夹层板上面板抗撞性能研究及多目标优化

异质金属曲面夹层板具有优越的综合性能(比刚度高、耐撞性、轻质等),在航空、航天、高速列车、船舶等领域得到广泛应用。针对异质金属曲面夹层板上面板,进行了碰撞载荷作用下的性能研究。采用有限元数值模拟的方法对碰撞过程中不同上面板参数夹层板的综合性能进行数值求解计算,并利用响应面方法构建了上面板综合指标近似函数,从而得到上面板参数对夹层板抗撞性能影响规律。     

异质金属夹层板的动态抗撞性能研究

异质金属夹层板具有优越的性能(比刚度高、耐撞性好等),在航空、航天、汽车、船舶等领域得到了广泛应用.对异质金属夹层板进行了碰撞载荷作用下的性能研究,采用有限元数值模拟的方法对碰撞过程中不同截面参数夹层板的变形能进行数值求解计算,并利用响应面方法构建了夹层板的比吸能近似函数,从而得到截面参数对夹层板抗撞性能影响规律.研究发现,为了提高夹层板的抗撞能力,应在保证夹层板有足够强度的基础上,尽量减薄面板的厚度.     

浅谈船舶操纵要素在天津港的应用实践

充分熟练掌握和正确运用各种船舶安全操纵要素,有助于船舶驾驶人员准确评估与船舶发生碰撞的风险,使驾驶船舶安全顺利航行.本文主要结合安全瞭望风险条款、安全航行速度控制条款和船舶避撞抗碰防撞条款,探讨各类船舶操纵安全要素在船舶避撞防碰安全实践过程中的实际应用,以期有效避免各类船舶在操纵航行过程中可能发生严重碰撞安全事故,实现...     

海上桩式风电机组基础强度设计研究

考虑到海上风电机组与陆地风电机组所处环境的差异,结合波、流、海生物附着等环境载荷对基础的影响,提出一种快速评估海上风电机组基础结构强度的方法。在多体动力学理论的基础上,基于有限元法对叶片进行离散化并建立整机模型,计算上部机组载荷;使用莫里森方程计算波、流载荷;根据计算载荷,基于SACS软件,参考美国石油协会API规范,直观、快速地对基础结构进行强度分析与优化。以某导管架式海上风电机组基础为例,对上述过程进行了演示。     

离岸风机导管架式基座的动态响应研究

为了保证风力发电机组的安全运行,针对离岸风机导管架式基座在服役过程中受到恶劣海洋环境的影响易产生损伤的问题,提出了一种通过单点响应测量以监测离岸风机导管架式基座健康状态的方法。基于线性莫里森方程和随机波浪理论,建立了随机波浪栽荷模型,并通过耿贝尔(Gumbel)概率分布来预测极值波浪载荷的波高。以5 MW离岸风力发电机基座为算例,建立了完好的和损伤的离岸风力发电机基座的有限元模型,计算了离岸风机基座在极值随机波浪载荷作用下的动态响应。通过对动态响应信号的频域分析,获得了风机基座前3阶的固有频率,对完好和损伤两种状态下的离岸风机基座的动态响应的频率变化作了对比分析,得出了损伤对动态响应的影响规律。研究结果表明,通过该方法可以对基座健康状况进行分析,为离岸风机基座健康监测提供了一种可行的参考方案。     

海上浮式风电机组刚柔耦合结构动力学建模与分析

基于凯恩方法和模态叠加法对三叶片水平轴海上浮式风电机组进行了刚柔耦合结构动力学建模和分析。首先建立浮式平台的水动力载荷模型,然后,把塔架和叶片等柔性件离散为有限个刚性单元体,并采用模态叠加法计算每一离散单元的偏速度和偏角速度,最后采用凯恩方法建立刚柔耦合结构动力学模型。以美国可再生能源实验室（NREL）海上5MW半潜式风电机组为算例,结合气动力载荷模型和水动力载荷模型对所建立的模型进行了风、浪响应计算,主要从输出功率、叶尖及塔顶振动信号的耦合特性两个方面对海、陆风电机组进行了对比。     

基于机电惯容的漂浮式海上风力机无源振动控制

机电惯容是一种新型惯容装置,可利用电路网络实现高阶机械阻抗,具有性能和空间上的优势。由于海上风力机的机舱空间有限,研究了位于浮式平台中的机电惯容系统对漂浮式海上风力机载荷的影响。根据直流电机的特性,电机轴的转矩输出与电机回路中的电流呈线性关系,因此针对所建立的机电惯容,重点研究了所有由单个电阻、电容、电感组成的电路网络对漂浮式风力机减振性能的影响。为了降低优化过程中的复杂度,首先建立了3自由度(Degree of freedom,DOF)漂浮式海上风力机模型,随后优化了含有电路网络模型的输入输出传递函数的H2范数,得到电路网络最优参数。最后,基于美国可再生能源实验室的5 MW基准风力机模型对优化结果进行了仿真分析。仿真结果表明,在不考虑装置工作行程的情况下,所建立的机电惯容调谐质量阻尼器(Mechatronic inerter tuned mass damper,MITMD)系统可以有效减少风力机系统的结构载荷。相较于减振装置位于机舱中的情况,建立在平台中的MITMD系统可以同时减轻塔基和塔顶转轴处的载荷。MITMD的控制效果以运动位移为代价,因此在实际应用中需要折中考虑减振效果和装置...     

海上浮式风电机半潜式平台二阶水动力计算与响应特性分析

提出了基于二次脉冲响应函数法的海上浮式风电机浮式平台二阶水动力计算方法,该方法基于三维势流理论用直接积分法求浮式平台的二次传递函数,并结合波高时程,将二次脉冲响应函数法应用于浮式平台二阶水动力的计算。把计算所得二阶水动力施加到海上浮式风电机整机时域动力学计算模型,计算二阶水动力的激励响应。以DeepCwind半潜式平台为算例,其上支撑美国可再生能源实验室5MW参考风机。先对所提出的二阶水动力计算方法进行验证,再分别在无风和有风条件下,计算一阶水动力单独激励响应和一阶二阶水动力共同激励响应,通过对比响应幅值谱、响应统计值,分析二阶水动力的激励特性。结果表明,对于半潜式平台,慢漂力和平均漂移力有明显的激励作用,和频二阶水动力的激励作用可以忽略。     

海上风力发电机组基础研究

对目前存在的海上风力发电机组基础的形式及其优缺点进行比较分析。     

基于多岛遗传算法的漂浮式风力机稳定性多重调谐质量阻尼器优化控制

将多重调谐质量阻尼器（MTMD）引入漂浮式风力机控制领域以提高漂浮式风力机的稳定性。以NREL 5MW风力机及ITI Barge平台为研究对象,提出在漂浮式风力机机舱和塔架中配置2个参数不同的调谐质量阻尼器（TMD）,并基于多岛遗传算法,算出MTMD系统最优参数。通过对3种典型工况下、有无配置MTMD的漂浮式风力机进行模拟计算,研究了最优MTMD的控制效果。结果表明：多岛遗传算法能够有效优化MTMD参数;MTMD控制优于单一TMD控制;经参数优化后,MTMD对漂浮式风力机振动的控制效果更好,塔顶纵向位移和平台横摇角标准差抑制率分别提升了80.4%和83.8%;MTMD对漂浮式风力机不同部位的控制效果不同,控制效果最好的为塔顶纵向位移、塔根横向弯矩及平台横摇角;不同环境工况下,MTMD对漂浮式风力机都有着明显的控制效果,其中纵向载荷和位移的标准差抑制率分别为10.3%~12.1%和76.1%~78.3%,横向载荷和位移的标准差抑制率分别为75%~77.7%和8.9%~10.8%。     

风电机组可靠性研究现状与发展趋势

对国内外风电机组失效模式和可靠性研究进展进行分析,对风电机组增速齿轮箱、轴承、发电机、叶片和润滑系统等关键零部件失效模式、失效原因及其检测方法进行归纳总结;分析了风电机组可靠性研究的常用方法和可靠性研究现状,给出了提高风电机组可靠性的研究重点、研究方法和措施。结合工程需求和研究现状,对风电机组可靠性研究趋势进行了分析,提出风电机组智能健康管理技术路线,该技术对降低风场运行维护成本和提高风电机组运行安全性具有重要意义。     

基于 LeNet5like 的迁移学习风电机组叶片覆冰故障诊断研究

针对海上风电场和高海拔地区风机机组的叶片覆冰故障模型精度低、建模速度慢等问题,提出一种基于 LeNet5like 的 迁移学习风电机组叶片覆冰故障诊断方法。 首先,整合监控和数据采集系统的记录数据与风机覆冰情况进行预处理,建立训练 数据集;其次,基于改进后的 LeNet5like 网络构建覆冰故障诊断模型,提取数据集中多变量间的相关性特征信息;然后,经网络 参数微调迁移学习对模型进行训练,实现对其他风机覆冰故障诊断模型的快速建立;最后,经实验验证,该模型覆冰故障诊断准 确率为 98. 90% ,较无迁移模块网络训练时间缩短 28 s,提升约 15. 91% ,验证了基于 LeNet5like 的迁移学习风电机组叶片覆冰 故障诊断方法的精确性和快速性。