深水悬链锚泊线阻尼计算

深水悬链锚泊线的阻尼主要包括流体动力阻尼、内阻尼和海床摩擦阻尼。除内阻尼由材料特性决定以外,流体动力阻尼和海床摩擦阻尼受上部浮体运动的影响比较显著。利用单根锚泊线由于上部浮体运动而吸收的能量来计算锚泊阻尼。锚泊线和海床之间的接触作用基于刚性海床假定,利用Morrison公式计算锚泊线的惯性力和拖曳力荷载。用有限元方法进行非线性时域动力分析,计算在不同流速分布条件下,上部浮体分别发生慢漂运动和波频运动时的锚泊线动力响应,比较不同工况下锚泊线的最大张力和流体动力阻尼。考虑锚泊线与海床之间的接触摩擦,比较不同摩擦系数时锚泊线的最大张力,并对摩擦阻尼进行计算。     

基于复阻尼理论的流固耦合地震时程响应研究

在粘滞阻尼系统的地震动力学方程基础上,建立了基于应力相关复阻尼理论的流固耦合地震动力学方程。根据复阻尼系统求解理论,利用Newmark-β积分法,编制了Rayleigh阻尼和复阻尼模型的流固耦合三维有限元程序。以深水薄壁钢管墩柱为例,计算了两种阻尼模型的流固耦合地震时程响应和复阻尼模型的损耗因子;对比分析了无水和有水两种工况下的动力响应,并研究了此两种阻尼模型地震响应的差异。研究表明,在加速度峰值为2m/s2的El-Centro波作用下,应力相关复阻尼方法计算的结构震动响应数值远大于传统的Rayleigh阻尼模型,考虑流固耦合效应时,结构的震动响应是不考虑此效应时的1.5～2倍多;损耗因子随着位移的增大而增大,并且考虑流固耦合效应时的损耗因子明显大于不考虑此效应的损耗因子值。     

阻尼线的耗能计算及其在输电线防振中的应用

摘要: 阻尼线是保护架空输电线路免受微风振动危害的理想措施之一,在我国大跨越输电线路中得到广泛应用。通过建立阻尼线理论力学模型,研究其复杂的静力形态,对振动方程用摄动法进行了求解,得到了阻尼线谐振频率和耗能的计算方法。并基于能量平衡法用Matlab编制了计算程序,以特高压长江大跨越地线为对象,设计了β阻尼线加防振锤的组合防振方案。数值计算结果表明,设计的防振方案具有较好的防振效果,能满足特高压输电线的防振要求,可供特高压输电线设计及施工建设时参考。     

通过附加浮筒改良的张力腿平台多体耦合运动响应

为了改善张力腿平台在极端海洋环境下的运动响应,提出了在张力腿上附加浮筒的新形改良方式,建立了附加浮筒后张力腿平台多体耦合运动分析模型,并给出了在时域下对该模型迭代求解的方法。考虑不同的附加浮筒尺寸和就位水深,应用绕射和辐射波浪理论和流体动力学分析软件AQWA12.0,数值模拟了平台上体及附加浮筒的水动力参数,分析了在风、浪、流分别作用和联合作用下平台上体、多个附加浮筒以及张力腿之间的多体耦合运动响应。结果表明：张力腿平台的纵荡和垂荡响应主要由风和流引起,纵摇主要由波浪引起;附加浮筒能明显减小张力腿平台各方向的总的和低频慢漂部分的运动响应,作用效果将受到附加浮筒尺寸和就位水深的影响,而平台波频部分的运动响应没有明显改变。     

附加双线性油阻尼器斜拉索的阻尼特性研究

利用Galerkin法,得到附加双线性油阻尼器拉索的运动方程。通过Runge-Kutta-Felhberg(RKF)方法得到其自由振动衰减曲线,并基于能量损耗原理的方法计算出拉索的模态阻尼。分析了双线性油阻尼器的一次阻尼系数、二次阻尼系数和变换速度对拉索阻尼的影响。提出了基于一个周期内消耗能量相同的线性化等效设计计算方法,并与数值计算分析结果进行比较分析。研究结果表明双线性油阻尼器较线性阻尼器具有其独特的优点。     

圆柱壳体阻尼材料布局拓扑优化研究

采用渐进结构拓扑优化方法,以阻尼结构模态损耗因子最大化为目标,阻尼材料体积分数为约束条件,阻尼胞单元为设计变量,建立了圆柱壳体阻尼材料布局拓扑优化模型,对约束阻尼以及自由阻尼材料布局进行了拓扑优化。研究了阻尼结构模态损耗因子对阻尼胞单元位置的灵敏度,导出灵敏度计算表达式。根据渐进优化算法的优化准则,通过逐步删除利用率低的材料,使目标模态损耗因子达到最大化。给出了数值计算的例子,理论计算结果验证了拓扑优化设计方法的正确性和有效性     

阻尼矩阵选取对核电厂结构地震响应的影响分析

已有研究表明时程动力法中阻尼矩阵的确定对复杂结构工程的地震响应有明显的影响,而核电厂安全相关结构在抗震分析时通常采用时程动力法。为研究阻尼矩阵的选取对核电厂结构的地震响应的影响,从比例阻尼拟合的精度出发,基于结构不同振型对结构产生的影响程度入手,建立更为精确的结构阻尼模型,即等效比例阻尼,并进一步考虑结构自振特性以加权最小二乘法拟合确定等效比例阻尼系数,提出了核电厂结构地震响应分析相应的计算方法。计算结果表明,该方法较传统比例阻尼的方法更接近精确解,是核电工程抗震分析的一个实用参考应用。     

约束阻尼管动态特性分析方法与应用

建立具有支撑功能的减振约束阻尼管的力学模型,采用解析分析得到该类型阻尼管位移、动刚度和损耗因子等关于各项几何及物理参数的表达式。通过计算发现,阻尼胶填充长度对元件的损耗因子有比较显著的影响,在给定的结构参数条件下,存在最优填充长度。为阻尼管结构设计提供了快速、简便的优化设计方法。     

应用通用程序计算深覆盖土层地震反应的几个问题

讨论了利用ANSYS和LS-DYNA程序进行深覆盖土层地震反应时域计算时所涉及的几个问题。综合前期研究成果,通过对比通用程序的数值计算结果,分析了数值计算时土层计算范围的选取及单元网格划分、阻尼矩阵的形成等对计算精度的影响。分析结果表明:在确定深覆盖土层阻尼矩阵的比例系数时,土层基频与地震激励主要特征频率之间的关系是一个重要影响因素,当前者小于后者,特别是远小于后者时,应基于土层的基频与地震激励的主要特征频率来形成阻尼矩阵的比例系数;竖向、横向网格尺寸及人工边界的选取会对计算的结果造成显著影响。     

高位转换粘滞阻尼减震结构阻尼器合理阻尼系数研究

根据《高层建筑混凝土结构技术规程》和《建筑抗震设计规范》对高位转换结构体系的框支层的层间位移和结构等效侧向刚度的限制要求,采用等效侧向刚度计算方法,将高位耗能减震结构分解成框撑剪结构和纯剪力结构,结合振型分解反应谱理论和线性粘滞阻尼减震结构等效阻尼比计算方法,推导出了高位转换粘滞阻尼减震结构合理阻尼系数的计算公式。最后,通过算例分析得出,采用上述方法计算高位转换粘滞阻尼减震结构粘滞阻尼系数是可行的,该方法计算公式简单实用,可用于高位转换粘滞阻尼减震结构的初步设计。     

深海系泊系统模态分析

该文考虑深水系缆的拉伸和弯曲变形,取正交坐标和切向量描述任意结点的6个广义位移,考虑缆变形的几何非线性和水动力影响,基于细长杆理论推导缆索的单元刚度矩阵,得到12×12的非线性刚度矩阵,实现了该文单元与有限元软件的调用对接。针对水深318m的Spar平台,四根缆定位,计算了系泊系统固有频率和模态以及系泊缆群的张力响应。计算结果表明:该文单元刚度矩阵能够反映深海系泊缆的动力响应特性。     

考虑系缆拉伸-弯曲-扭转变形的浮式风力机动力响应研究

考虑系泊系统拉伸-弯曲-扭转变形产生的非线性系泊力,研究海上浮式风力机系统的动力响应。考虑系缆非线性几何变形,建立系泊系统拉伸-弯曲-扭转变形的动力学分析模型。建模过程中,采用了四元数方法进行局部坐标系与全局坐标系之间的旋转,避免了旋转过程中奇点的产生。综合考虑系缆非线性系泊力、水动力、空气动力及风力机结构系统,建立了系统动力学分析模型,开发了考虑系泊系统非线性系泊力的系统动力响应计算程序。针对OC3 Hywind Spar型5 MW浮式风力机,分析额定作业海况与极限海况下风力机系统的动力响应,并将结果与系泊系统采用准静态悬链线方法的模拟结果进行了对比。结果表明,考虑拉伸-弯曲-扭转变形效应后,系泊缆张力的波频响应被放大,同时还出现了多个高频峰值,将对系泊缆的疲劳寿命计算产生影响。     

风浪不共线对浮式风机基础动态特性影响研究

旨在研究风载方向和波浪方向不共线对浮式风机基础动态特性影响。以5 MW浮式风机为研究对象,采用等效载荷法模拟空气动力载荷,建立浮式风机系统耦合动力学模型,研究风浪呈0°、30°、60°和90°夹角工况时,浮式风机基础动态特性变化。结果表明:风浪不共线对浮式平台纵荡和横荡运动平衡位置影响很大,对垂荡运动响应影响很小。随着风浪夹角增大,横摇和艏摇运动振荡范围增大,纵摇运动振荡范围减小。风浪不共线使得系泊系统张力响应变化明显,张力变化趋势与平台运动及系泊布置有关。     

漂浮特性对风力发电机振动影响

本文在前期研究工作的基础上,将浮式基础波浪载荷计算和系泊系统计算考虑到所已建立的风力发电机分析模型     

漂浮式潮流能发电装置振动与波浪响应试验研究

为了研究基于竖轴水轮机的漂浮式潮流能发电装置的振动与波浪响应,设计试验模型和装置,进行水轮机转与不转的静水拖航试验和波浪试验,测量系泊链拉力和模型的纵摇响应。试验发现,系泊系统具有高频振动现象,V等于0.7m/s、0.9m/s,水轮机不转时,以及V等于0.9m/s,水轮机转动时,系泊系统具有明显的慢摇现象,水轮机转动还带来了系泊链的低频拉力响应。水轮机转动使系泊系统的纵摇周期增大,载体模型的共振波长增加。与水轮机不转时相比,水轮机转动使低波长-载体模型长度比下模型的纵摇运动响应减小,对高波长-载体模型长度比下模型的纵摇运动影响较小。试验研究可为基于竖轴水轮机的漂浮式潮流能发电装置的理论研究与工程应用提供参考和借鉴。     

Hydrodynamic principles of wave power extraction

The hydrodynamic principles common to many wave power converters are reviewed via two representative systems. The first involves one or more floating bodies, and the second water oscillating in a fixed enclosure. It is shown that the prevailing basis is impedance matching and resonance, for which the typical analysis can be illustrated for a single buoy and for an oscillating water column. We then examine the mechanics of a more recent design involving a compact array of small buoys that are not resonated. Its theoretical potential is compared with that of a large buoy of equal volume. A simple theory is also given for a two-dimensional array of small buoys in well-separated rows parallel to a coast. The effects of coastline on a land-based oscillating water column are examined analytically. Possible benefits of moderate to large column sizes are explored. Strategies for broadening the frequency bandwidth of high efficiency by controlling the power-takeoff system are discussed.     

Reliability analysis against progressive failure of TLP tethers in extreme tension

The tension leg platform (TLP) is a moored floating structure whose buoyancy is more than its weight. The mooring system of TLP consists of number of tensioned tethers connected to the columns at the top and anchored to the seabed at the bottom. These tethers are vulnerable to failure due to extreme (maximum and minimum) tensions. The reliability study of these tethers is an important subject of study. The reliability may further deteriorate after the failure or removal of any of these tethers. In the present study, reliability analysis of an intact TLP and TLP with one tether missing has been carried out. A Von-Mises failure criterion has been adopted to define the failure of tether against maximum tension. The minimum tension failure occurs when the tethers slack due to loss of tension. The limit state functions for maximum and minimum tension cases have been derived. The computationally efficient algorithm First order reliability method (FORM) has been adopted for reliability calculations. Results are presented in terms of reliability indices and probabilities of failure for each sea state. The probabilities of failure so obtained for different sea states have been used for the assessment of annual and life time probability of failures. Reliability of the TLP with one tether missing has been compared with that of the corresponding intact TLP. Effect of wind has also been studied on the progressive failure of TLP tethers and the results have been compared with that of an intact TLP.     

系泊缆松弛-张紧状态应力波的特性分析

从应力波的自由传播特性出发,分析在系泊缆绳松弛-张紧问题研究中需要考虑的因素。引入缆绳单位长度的重力与缆绳水平张力的比值λ,利用泰勒级数展开,将平衡张力和曲率表示为λ和缆绳弧长坐标s的函数。研究了缆绳出现松弛-张紧状态时应力波的自由传播特性,分析缆绳内水平张力、缆绳弧长坐标等参数对缆绳内应力波传播特性的影响。结果表明:缆绳处于松弛-张紧状态时,缆绳内应力波传播特性与张力、曲率和缆绳自重等因素密切相关。该文的工作为缆绳松弛-张紧条件下冲击载荷问题的研究奠定了基础。     

Iceberg towing in open water: Mathematical modeling and analysis of model tests

Two scenarios of towing an iceberg with a boat using floating and submerged tow lines are considered in this work. Equations governing the towing process and the tension in the mooring lines are formulated. The stability of steady solutions describing the towing process at a constant speed is studied. Numerical simulations are performed to compare the modeling results with the experimental results of towing a model iceberg and to investigate towing a full-scale iceberg.