基于水动力分析的15MW级半潜式漂浮基础优化研究

半潜漂浮式基础是适合深远海风电资源开发的一种安全经济的基础形式，基础单位兆瓦用钢量是影响开发投资的重要因素，也是浮式基础先进性的技术指标之一。为此，以15 MW级三立柱半潜式基础为研究对象，减小边柱直径以降低用钢量，通过对比优化前后的浮式基础水动力性能，验证优化后的浮式基础设计可行性及合理性。结果表明，优化后的浮式基础水动力性能优异，运动及系泊载荷等响应特征满足设计目标，水动力性能基本与优化前一致，说明减小边立柱尺寸是可靠、可行的优化方向，为降低浮式基础用钢量提供了新的思路和路径，有利于推动深远海海上风电的商业应用。     

深海浮式风机在波浪上的运动响应分析

浮式风机系统在作业中受到空气动力、波浪力和系泊系统系泊力的共同作用。该文建立了一种时域耦合分析方法对浮式风机系统进行全耦合运动响应分析,主要包括空气动力模块、水动力模块和系泊系统模块。空气动力模块采用CFD方法模拟风机叶轮受到的风载荷,并通过NARMAX理论建立风载荷模型;水动力模块采用势流理论,通过自由面GREEN函数法计算浮体的频域水动力系数,再将结果转换到时域;系泊系统模块采用锚泊线理论,用三维有限元方法对挠性部件进行分析;系统的运动采用Newmark-β方法求解。在此基础上,针对一深海Spar型浮式风机系统建立耦合模型并进行计算,得出风载荷模型、平台的水动力系数以及在脉动风下浮体运动响应和系泊缆索张力响应。经验证,该耦合模型的计算结果可为风机和系泊系统的设计提供一定的参考依据。     

浮式结构物在波浪中的运动响应计算

根据线性波理论和三维源汇分布方法，提供了大尺度浮式结构物在波浪中运动的水动力系数、波浪载荷以及运动响应的计算方法，应用Ｎｅｗｍａｎ的深水Ｒｅｅｎ函数及其数值方法，对于半球、矩形箱式结构物和半潜式平台的考核计算表明，同模型试验结果符合程度是令人满意的。     

两种不同基础的漂浮式风机载荷对比分析

根据海上风机建模和载荷计算,对比了半潜式、张力腿式和固定式基础机组在额定风速、切出风速及极限空转情况下瞬态时序及载荷统计值:三种不同基础的风机在机头部件的载荷差异不大;但整体上,半潜式要大于另外两种,当波浪达到一定程度之后,这种载荷差异表现更明显,尤其是塔底载荷。对于半潜式风机,主要是通过优化设计半潜平台、选择合理总体参数及特殊的控制策略等方法来降低其载荷。     

系泊系统对海上浮式风机运动响应的影响分析

通过建立一种海上浮式风机运动响应的时域耦合数值计算方法,分析系泊系统对于运动响应的影响。该计算方法由气动力模块、水动力模块、系泊模块和浮体运动求解模块组成。气动力模块采用叶素动量法;水动力模块采用势流理论,通过边界元法进行数值模拟;系泊模块采用悬链线模型,利用Chebyshev多项式拟合计算;浮体运动求解模块采用Runge-Kutta法进行时域计算。根据对OC3-Hywind spar浮式风机进行建模求解,分析了系泊系统对于浮式风机运动响应的影响。     

内河锚泊浮式码头水动力性能分析

近年来内河水路运输飞速发展,浮式码头以其自身优势多运用于潮差较大的河段,由于浮式结构受风浪等环境因素影响较大,故对其水动力性能的研究至关重要。应用基于三维势流理论的水动力分析软件ANSYS/Workbench/AQWA建立浮式码头数值仿真计算模型,对浮式码头分别进行了频域分析和时域分析,考虑JONSWAP波浪谱与API风谱联合作用下浮式码头的运动响应,研究了不同的码头宽度和吃水深度对其水动力性能的影响。分析研究结果表明,浮式码头固有周期大约为3~8 s,设计时需注意避免固有周期与波浪遭遇周期接近,以免发生共振;浮式码头在高频区域内稳定性较好,但耐波性较差;适当增加浮式码头宽度、减小吃水深度可以减小其运动响应幅值,研究结果可为锚泊浮式码头的设计提供理论参考。     

超大型半潜浮式风力机动力特性分析

以DTU 10 MW风力机为研究对象,对现有的NREL 5 MW无撑杆的半潜浮式风力机支撑平台进行放大设计,用于支撑DTU 10 MW风力机;基于浮式风力机"气动-水动-控制-弹性"全耦合分析模型,使用FAST软件对DTU10 MW浮式风力机系统在不同工况下的动力特性进行了分析,并与5 MW浮式风力机系统的动力特性进行了对比。研究发现:风力机大型化后,风荷载低频激励作用更为突出,且系统动力反应有所增加,但整体运动性能良好。     

一种海上测风船的稳性分析

对一种新型海上测风船的完整稳性、破舱稳性和拖航稳性进行了分析。该新型测风船采用了一种新型基础,具有测量范围大、可自浮拖航、重复使用、环境友好等优点。通过MOSES软件计算了不同分舱时该测风船的完整稳性及破舱稳性和拖航稳性。计算结果表明,8舱分区时完整稳性和破舱稳性性能均较好,建议对浮箱进行8舱分区。     

双浮箱-双水平板式浮式防波堤试验研究

该文提出了双浮箱-双水平板式新型浮式防波堤结构,并对其水动力特性进行了规则波物理模型试验研究。探讨了相对宽度、相对波高和锚链刚度等因素对防波堤消浪性能、运动响应和锚链受力的影响,并与双浮箱结构的试验结果进行了比较分析。研究结果表明:在双浮箱下面安装两层水平板能有效提高防波堤的消浪性能,显著减小防波堤的运动响应;双浮箱-双水平板结构的波浪透射系数较双浮箱结构最多可减小0.4左右;当相对宽度B/L?0.30时,透射系数可以控制在0.35以下。因此,新型防波提展现出良好的工程应用前景。     

半转叶轮水轮机模组化载体平台的水动力性能分析

针对半转叶轮水轮机载体平台的横摇与纵摇对水轮机的水动力性能影响较大,设计一种双体浮式平台作为其载体平台.为提高半转叶轮水轮机的总功率,将平台模组化布置——横向布置与环形布置,计算其横摇与纵摇的运动响应.研究表明:半转叶轮水轮机环形模组平台与单个双体浮式平台相比,最大横摇角、最大纵摇角均大大减小,在提高水轮机总功率前提下...     

旧半刚性基层材料性能的试验研究

分析旧半刚性基层材料性能对于再生利用具有一定的指导作用。选取4个不同工程施工现场提取的旧半刚性基层材料对其原材料各项性能及其水稳再生后的强度进行系统的试验分析,并与天然碎石和规范标准进行比较,评价其再生可能性及适用性。结果表明:旧半刚性基层材料经铣刨后,集料表面有砂浆裹附且产生了新的断面,这有助于再生材料强度的增强。集料级配满足传统悬浮密实型级配范围的要求。集料中残留的活性已基本丧失,再生骨料仍具有一定强度,集料吸水性较好。旧半钢性基层材料水稳再生后的强度满足规范中各等级公路底基层的强度要求。     

船行波作用下桥梁浮式施工平台动力响应分析

为研究船行波对浮式平台动力响应的影响,以国内某桥施工中设计的浮式平台为研究对象,使用海洋工程有限元分析软件 USFOS 建立了包含龙门吊在内的浮式平台模型,分析了浮式施工平台对波浪周期的敏感性,并研究了船舶航速以及船行波入射角度对浮式平台动力响应的影响。结果表明: 波浪周期对浮式结构动力响应影响很大,浮式平台自振周期应尽量远离船行波周期,以降低平台动力响应; 船舶航速增高会使波高、周期增大,设计航速应考虑浮式结构在波浪荷载下的动力响应影响; 船行波浪入射角度对该类结构的动力响应影响较大,按照 0°的入射角进行动力响应分析会低估船行波浪荷载影响。此研究成果对浮式施工平台的设计及施工具有一定的指导意义。     

船行波作用下桥梁浮式施工平台动力响应分析

为研究船行波对浮式平台动力响应的影响,以国内某桥施工中设计的浮式平台为研究对象,使用海洋工程有限元分析软件USFOS建立了包含龙门吊在内的浮式平台模型,分析了浮式施工平台对波浪周期的敏感性,并研究了船舶航速以及船行波入射角度对浮式平台动力响应的影响。结果表明:波浪周期对浮式结构动力响应影响很大,浮式平台自振周期应尽量远离船行波周期,以降低平台动力响应;船舶航速增高会使波高、周期增大,设计航速应考虑浮式结构在波浪荷载下的动力响应影响;船行波浪入射角度对该类结构的动力响应影响较大,按照0°的入射角进行动力响应分析会低估船行波浪荷载影响。此研究成果对浮式施工平台的设计及施工具有一定的指导意义。     

海上固定式风机基础的波流载荷数值计算分析

该文以某3 MW海上风机基础为研究对象,数值分析海上固定式风机基础在不同波流载荷作用下的高桩承台基础的波浪方向受力、水平方向总推力以及基础表面特征点压力变化情况,同时探讨水深对高桩承台基础载荷性能的影响。本文的计算工具采用基于开源平台OpenFOAM自主开发的naoe-FOAM-SJTU求解器,数值分析的重点集中在风机基础载荷、压力分布以及基础周边的涡流场分布,计算结果与对应的试验数据进行对比,同时有相应的规范计算结果作为验证。该文主要处理关于波流夹角、入射波浪高度和水深对高桩承台基础影响的计算分析结果,以及提供高桩承台基础受力的详细数据,对海上固定式风机基础设计有实际指导意义。     

海上漂浮式风机发展调研及分析

经调研全球各地海上漂浮式风机的发展历史、现状,总结分析了现有不同漂浮式风机基础平台型式的结构特点及相关特性,对已经开发、正在开发和将要开发的漂浮式风电场进行了汇总分析,通过技术进步和削减建造成本提高竞争力,加强浮式风机领域的技术研究,以期在漂浮式技术方面跻身世界前列。     

浮式防波堤研究进展

浮式防波堤与其他传统防波堤相比,可适应水深较大、地基软弱、大潮差和引入水体交换等情况,在港口海岸工程、海洋工程以及海水养殖等诸多领域具有广阔应用前景。对国内外浮式防波堤的主要研究成果和进展进行了综述,从理论推导、经验公式和数值计算3个方面归纳和总结了浮式防波堤波浪透射系数的计算方法。介绍了浮式防波堤结构型式的研究进展,重点分析了浮箱式、浮筒式、浮筏式及其相应改进结构等不同型式浮式防波堤的消浪原理和消浪效果,分析比较了不同结构型式浮式防波堤的优缺点。最后介绍了浮式防波堤在国内外的工程应用,并分析了限制浮式防波堤应用的主要原因,指出了目前浮式防波堤研究方面的不足,以及推广应用浮式防波堤需要进一步研究的内容。     

浮式海上升压站延迟函数的频域计算方法研究

准确获得浮式海上升压站的延迟函数是对其进行动力响应分析的重要内容之一。该文提出一种基于频域拟合的浮式海上升压站延迟函数计算方法。该方法的创新点在于对水动力参数进行频域拟合,得到延迟函数Laplace变换的有理分式形式,从而将延迟函数的信息保存在一系列的极值和留数中,进而得到浮式海上升压站的延迟函数。文中分别采用延迟函数数学模型和浮式海上升压站进行验证,结果表明:该文方法能够准确计算浮式海上升压站的延迟函数,并且对水动力参数频率采样间隔的不敏感,具有较好的稳定性。     

颍上船闸自浮式叠梁检修门设计

自浮式叠梁检修门是在叠梁浮箱检修门的基础上,通过在门体上加装输水阀门及排气阀,完成浮箱叠梁门的自动下潜与上浮;在设计上,通过对叠梁浮箱检修门排气阀及输水阀的布置,以及门体重心及止水的调整,为检修门自动平稳沉浮奠定了基础;自浮式叠梁检修门具有运行安全、运输便捷、操作简单、维护保养方便等优点,且在操作上无需大型起重设备,是一种非常经济实用的检修闸门。     

大管径直桩浮式系靠码头的原型试验研究

介绍武汉红钢城大管径直桩浮式系靠码头的原型动力特性试验和浮式系靠设施在风、浪、流共同作用下的船舶荷载试验及浮式钢系靠设施在实际工作条件下运动状态的试验，结果表明码头横向刚度要比模型计算值大，码头采用多级消能，利用靠船桩、浮箱、护舷等的变位、变形以及水流阻力，使传到码头上的船舶荷载大大减小；浮式系靠设施消能效果明显，系统运转正常。采用浮式系靠设施后，克服了一般桩式码头无叉桩不能承受水平荷载的缺点，使施工更方便快捷。     

海上风机基础超单元计算方法对比研究

开展了随机风荷载作用下海上风机整体和半整体计算方法及半整体模型超单元计算方法对比研究。运用ＡＮＳＹＳ建立五桩与单桩风机基础模型并提取基础总刚度和质量矩阵，利用ＭＡＴＬＡＢ分别编写Ｃ－Ｂ法和ＳＥＲＥＰ法的凝聚程序得到超单元矩阵。基于整体方法和半整体方法进行结构的动力特性及动力响应对比。通过对比发现，在基础超单元选取合理的前提下，该方法得到的海上风机结构响应基本与整体耦合分析方法计算结果一致。进一步对比可得，所选取的Ｃ－Ｂ方法和ＳＥＲＥＰ方法虽然凝聚原理不同，不过所得到的基础结构超单元均能够准确模拟随机风荷载作用下转子－机舱－塔筒结构运动响应。