海上漂浮式风力机Spar平台动态特性分析

建立基于Umaine-Hywind Spar平台的漂浮式风力机整机模型,针对平台进行水动力特性分析,主要研究结构的时域动态响应和频域波浪力响应。利用有限元软件ANSYS中水动力计算模块,考虑风、浪、流联合载荷,得到风力机平台的时域和频域特性,通过平台随时间的位置变化幅度分析了平台的动态响应特性;分别研究了各波浪力成分对结构运动的贡献,并探讨了波浪力随频率的变化趋势。结果表明：结构在低频波浪作用下容易出现较大响应,包括幅值响应算子和所受波浪力;在主要波浪力成分中,附加质量力峰值最大;结构在外界载荷作用下平台的偏转运动比水平位移运动更显著。     

系泊参数对漂浮式风力机平台的影响研究

海上漂浮式风力机的研究已成为风电领域的重点与热点,而系泊对漂浮式风力机平台的安全有极其重要的影响,因此本文选取基于Barge平台的NREL 5MW漂浮式风力机作为研究对象,研究系泊参数对漂浮式风力机动态响应及系泊缆张力的影响。结果表明:系泊直径和系泊长度的变化对漂浮式风力机纵摇及系泊缆顶端张力影响较大,对垂荡和纵摇影响较小;当系泊直径为0.3m时,纵荡位移偏移量达到最大,系泊缆顶端张力达到最小;随着系泊长度的增长,纵荡位移不断增大,系泊缆顶端张力不断减小。     

漂浮式海上风电关键技术与发展趋势

漂浮式海上风电是深远海风电开发的关键技术,是实现碳达峰、碳中和的重要途径之一。漂浮式风机系统设计涉及气动力学、结构动力学、伺服控制系统、水动力学和系泊动力学等多个学科的复杂交叉,其动力全耦合仿真面临巨大挑战。针对漂浮式海上风电的风电机组、浮式基础、系泊系统、动态海缆、运输施工及一体化仿真等关键技术,对未来漂浮式海上风电发展趋势进行了展望,为推动深远海海上风电大规模商业应用,提出安全适用、竞争力强的工程解决方案奠定了基础。     

基于AQWA的漂浮式风力机驳船式平台的动态响应

为研究漂浮式风力机驳船式平台的动态响应,建立基于ITI Energy Barge平台的NREL 5MW漂浮式风力机模型。通过辐射/衍射理论并结合有限元方法,调用水动力学软件AQWA,考虑风、浪、流环境的联合作用,对平台的动态响应进行数值模拟分析,得到了各波浪力随波浪频率的变化及平台在纵荡、垂荡和纵摇方向上的动态响应。结果表明:平台在低频波浪时容易出现较大响应;随着海洋环境恶劣程度的增加,平台的动态响应增大;平台在垂荡方向RAOs要大于纵荡方向。     

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。     

某核电站导流堤地震响应及参数敏感性分析

地震作用下核电取水导流堤的稳定性对核电安全用水起到至关重要作用。采用等效线性方法对某核电厂导流堤工程典型断面开展有限元动力时程分析,分别得到ＳＬ１、ＳＬ２地震动作用下导流堤的加速度响应、液化区分布、安全系数。在此基础上考虑到岩土体参数的离散性和随机性,分析了岩土体动剪切模量变化对导流堤的动力稳定性影响。结果得出了动剪切模量的变化与加速度响应、液化区分布、安全系数之间的规律。成果对类似工程抗震设计具有一定的参考价值和指导意义。     

基于RSMSobol方法的HIMS模型参数敏感性分析

以黑河莺落峡以上流域为例,基于PSUADE平台,采用参数敏感性快速定量评估的RSMSobol方法分析了HIMS模型参数的敏感性。以体积误差Ve、Nash-Suttcliffe效率系数、标准误差σ、相对误差Re和相关系数r等作为目标函数综合评价了HIMS模型的模拟效果。结果表明:产流参数R和汇流参数C_1是重要参数,对于不同的目标函数,产流参数R都是最敏感的;模型参数敏感性对不同目标函数存在一定差异,产流参数R和r对体积误差和Nash-Sutcliffe效率系数表现得较为重要,而汇流参数C_1、C_2对相关系数、效率系数和标准误差的影响较为明显。     

大藤峡水利枢纽大坝混凝土温控参数敏感性分析

在施工过程中和运行期间,大体积混凝土结构中往往产生较大的温度应力,进而产生裂缝。混凝土结构施工前,为了筛选适时合理的温控防裂措施,对各温控参数作敏感性分析,确定不同温控参数的影响程度和特征,从而确定影响温度应力的主要因素。采用三维有限单元法,以大藤峡水利枢纽工程挡水坝段为对象,分析浇注温度、冷却水管间距、初期通水时间、初期冷却水温、基础混凝土浇筑时间等因素对坝体温度和应力的敏感性。结果表明,浇筑温度、水管间距、浇筑时间对坝体最高温度和应力的影响较为明显,而通水时间和初期冷却水温的影响有限,且通水时间不易过长,水温不易过低、也不能明显高于混凝土的入仓温度。     

极限海况下三种漂浮式风力机平台的动态响应对比

平台结构的稳定性是漂浮式海上风力机安全运行的基础保障。为对比几种漂浮式风力机平台结构的稳定性,分别建立基于张力腿式、桅杆式、驳船浮式平台的漂浮式风力机模型,采用有限元方法并结合多体动力学方法,研究了3种平台结构在风、浪、流载荷作用下的时域和频域动态响应,得到了各波浪力随波浪频率的变化趋势及其对比情况。结果表明:运动幅值和平台所受波浪力均在低频波浪作用下出现较大响应;极限海况下,驳船式平台动态响应较之Spar和张力腿更为剧烈。     

二滩拱坝应力仿真及参数敏感性分析

本文基于已有的二滩拱坝温度荷载和材料参数反馈分析结果,对该坝运行期的应力状态进行了仿真分析。研究发现,坝面最大拉应力与气温密切相关并随季节周期性变化,冬季时下游面左右岸最大主应力分布明显呈不对称分布,左岸基本上以压应力为主,而右岸则出现较大拉应力区,最大值可达到2MPa以上。材料参数和温度荷载敏感性分析表明,冬季时下游坝面右岸出现的较大拉应力是由于大坝右岸基岩蚀变带和右 岸下游坝面温度偏低所共同造成的,但蚀变带弹模的变化对坝体应力的影响是局部的,不致于对大坝的安全运行产生不利影响。     

台风环境中海上风电管桩基础动响应特性研究述评

我国海上环境恶劣,极端天气容易导致风机倒塌。现有研究表明,台风环境下,“土塞 －管桩 － 桩侧土”的相互作用和动力响应特征,是决定风电支撑体系服役寿命的关键因素。为深入研究海上风电 基础的动力响应,对土塞的形成机理及其与管桩的相互作用做了基本论述,介绍了水平荷载下桩土相互 作用的研究现状,探讨了海洋环境下单桩支撑体系固有频率演变和土体循环弱化特性的联系。最后,总 结得出台风环境下敞口桩动力响应研究现状的不足之处,为今后的研究方向提供了参考。     

含受损构件的海上风机三角架基础损伤识别及动力特性分析

以曲率模态为参数,阐述了基础结构构件损伤、定位的计算和识别方法;对构件受损情况下海上风机三角架基础的动力特性展开了研究,以刚度降低和壁厚侵蚀变薄两种方法定义受损状态,对主斜撑、泥面横撑受损情况下,冲击荷载和波浪荷载作用时的三角架动力响应特性进行了数值模拟,对比分析了模态、瞬态及谱分析.结果表明,可以运用曲率模态识别结构受损部位和受损程度,位移模态则无法实现;构件受损对结构动力响应影响显著,且与荷载作用方向和作用方式相关.所得结论可为三角架式海上风机基础结构设计提供参考.     

风力机参数的可辨识分析

风力机是风电机组吸收和转化风能的关键设备,准确的模型和参数是机组优化运行和控制的基础。文中基于风力机常用的高精度数学模型,运用计及实际运行工况的风力机的可测量量,进行参数的可辨识性理论分析,结果表明风力机的参数可辨识。     

海上风电机组基础浪致疲劳分析

给出了海上风电机组基础波浪荷载导致的疲劳损伤计算方法。基于随机波浪理论,依据海浪谱将随机波浪转换为一系列线性波的组合,由Morison方程计算得到波浪荷载并进行线性化。根据线性波浪荷载作用下结构的动力分析,求得结构响应并计算得到频域范围内的结构应力传递函数。根据海浪谱和应力传递函数,进而得到结构的热点应力谱。由某海域的海况分布,依据Miner线性累计损伤准则,通过假定结构长期热点应力分布为短期Rayleigh分布的组合,计算得到结构在设计周期内的累计疲劳损伤。以某单桩基础为例,验证了计算方法的可行性。计算方法对海上风电机组基础的浪致疲劳设计具有参考价值。     

大型海上风机施工短暂工况下的模态分析

海上风电建设中常因异常气象干扰发生施工中断,出现叶片延期安装等施工短暂工况,需重视此类工况下机组的结构安全。依托某海上风电工程,提出了一种机组整体建模方法,采用Block Lanczos法对机组展开模态分析,研究了各施工短暂工况下机组自振特性,并分析了机舱对机组自振频率的影响。数值分析结果表明,在风轮延迟安装工况下,机舱转动惯量及偏心对结构高阶模态影响较为明显;相比于整机工况,各施工短暂工况下,结构模态自振频率均出现较明显提高,不存在波浪荷载激励下的共振风险。     

p-y曲线法在海上风电基础桩土作用计算中的适用性研究

p-y曲线能够反映桩土非线性特征,是API,DNV等规范推荐的一类桩-土相互作用分析方法,其计算公式是根据现场试桩数据归纳所得,但多为3 m直径以内的试桩,对于直径4~6 m甚至更大的海上风电单桩基础结构而言,p-y曲线法的适用性值得商榷。然而,直接针对这类大直径单桩进行现场试验来获取p-y曲线并对规范推荐公式进行验证或修正难度较大,为此,采用数值仿真技术,通过有限元模拟,对p-y曲线法的适用性进行了计算和分析。结果表明,规范给出的p-y曲线用于海上风电大直径钢管桩桩-土仿真分析误差较大。     

海上风电深水导管架基础的应力响应研究

为探究海上风电的导管架基础在深水海域的杆件受力特性,根据某海上风电工程的深水外部环境建立了导管架基础的等效约束计算模型,按API规范对导管架的主要杆件进行应力复核,利用敏感性分析法研究深水环境下影响导管架弦杆应力的主要因素表明,导管架杆件的应力水平自泥面到顶部逐渐减小,在底部杆件交错的节点处应力水平较大."小直径、大壁...     

大型风机扩展式基础上阶高度敏感性分析

针对大型风机扩展式基础台阶上阶高度的变化,基于ANSYS平台建立了不同高度的多工况三维有限元数值模型.引入基础钢环与混凝土及地基之间的非线性接触,研究了上阶高度变化对风机塔架基础特殊形式的受力影响,明确了基础结构沉降规律.对台阶变化引起的结构受力特性的改变进行了分析,确定和提出了合理的台阶高度范围.     

海上风电机组设备大容量趋势分析

海上风电场建设的难度远远大于陆上风电,相应的建设成本也远高于陆上风电。笔者结合目前海上风电发展现状,以某海上风电场项目为例,对3 MW和4 MW风电机组进行整体经济性对比分析,得出结论:选用大容量的风电机组,可以减少塔筒和基础个数,缩短电缆长度,降低基础施工、吊装成本,节约工程造价。未来海上风电场势必采用更大容量的机组以满足风场需求,降低成本和提高效率。