张力腿平台水动力响应分析

张力腿平台作为一种典型的深水浮式平台,具有半顺应半固定的运动特征.本文以1000米水深TLP平台为例,详细叙述了TLP平台水动力分析的过程和方法,包括有限元模型的建立,水动力特征的计算,水动力荷载响应的计算以及运动响应分析.     

海上浮式风机张力腿平台的水动力响应

以美国某可再生能源所的海上5 MV风机为模型,结合风机塔柱的特点,利用Orca Flex建立了一种海上风机张力腿平台简化模型。通过时域耦合计算方法和傅里叶变换,得到了该系统的动力学响应,对比并分析了在考虑涡激振动和不考虑涡激振动时各个张力腿的动力学变化和平台的水动力响应。     

多因素下张力腿平台耦合动力响应特性研究

考虑立管、张力腿及平台本体的非线性耦合,建立六自由度的振动微分方程。推导了方程中的质量矩阵、耦合刚度矩阵、阻尼矩阵及波浪荷载的计算公式。采用微元法对立柱和浮筒进行离散,求得方程数值解。比较分析了四种工况下张力腿平台的耦合动力响应、张力腿及立管张力的变化,揭示了波浪周期、波高、浪向角、预张力、工作水深等多因素对张力腿平台运动响应的影响。     

规则波下张力腿平台时域响应分析

讨论规则波下某张力腿平台的动力响应时域运动特性。着重分析入射波角度(15°,22.5°和45°),波高(6m,8m和10m)及波周期(10s,12s和14s)对张力腿平台各自由度运动、顶端张力的影响。探讨吃水高度、工作水深、不同张力腿数目对张力腿平台运动特性的影响。计算结果表明:由于张力腿平台各自由度对入射波角度、波高和波周期敏感度不同,张力腿平台在不同波浪参数下的运动特性(如位移幅值、平衡位置等)及顶端张力表现各异;不同吃水下的张力腿平台位移大小、平衡位置和运动方向等均不同。工作水深越大,各自由度运动越剧烈,这体现了工作环境对张力腿平台运动具有较大影响。张力腿数目越多,张力腿平台运动的位移、幅度等越小,随时间变化也越稳定。     

新概念张力腿平台水动力性能分析

张力腿平台对水深具有高度敏感性,随水深变化,垂直面内的运动受到显著影响。对于超深水情况,对张力筋腱的设计提出更高的要求。为了改善这一状况,提出了一种新概念张力腿平台设计方案——Tension Based Tension Leg Platform(TBLP),它可以成倍地增加TLP适用的水深范围。对于已经使用的中等水深下的传统型的TLP,通过增加张力基底,就可以将其使用于更深的海域。针对这一新型TBLP概念,对典型的传统型TLP和TBLP水动力性能进行了初步分析比较,得出TBLP优于常规设计的水动力性能。     

规则波作用下张力腿平台的非线性动力响应

建立了一种考虑多种非线性因素的张力腿平台(TLP)模型,其中包括六自由度有限位移、各自由度之间的耦合、瞬时湿表面、瞬时位置、自由表面效应、粘性力等因素引起的非线性.推导出TLP六自由度非线性运动方程.对典型平台ISSCTLP进行了时域上的数值计算,求得该平台在规则波作用下的六自由度运动响应.用退化到线性范围的解与已有解进行了对比,吻合良好.数值结果表明,综合考虑非线性因素后响应有明显改变.     

张力腿平台的水动力及结构力学问题

与固定式平台不同,张力腿平台(TLP)是一个浮式结构,具有六个运动自由度.TLP的动力响应按照频率范围可分成三种波频响应、低频响应和高频响应.由于这三种响应对TLP的整体性能均有重要影响,所以进行波浪载荷计算时都需考虑.TLP本体主要构件的构造形式与导管架式平台很不相同.TLP平台本体部分主要是由较大直径的,内壁附有很多纵、横桁材和加强筋的加筋圆柱及加筋板构成.这使TLP的结构分析方法与导管架式平台有较大区别.此外,TLP的张力腿是固定式平台所没有的关键构件,涡激振动是其中的主要问题,必须考虑.根据作者的了解,对上述问题进行了简要评述.     

一种新型延展式张力腿平台及其水动力性能

文章提出了一种由四个立柱和一个环形浮箱（四个方型截面梁组成）组成的新型延展式张力腿平台。与传统延展式张力腿平台相比,新型延展式张力腿平台有更少的组块和组块间焊缝,因此它的建造成本更低、建造周期更短。新型延展式张力腿平台将延展式结构改进为浮箱的一部分,这就解决了传统平台的延展式结构与浮箱连接处焊缝疲劳损伤问题。文中对结构进行了水动力性能分析以证明其动态响应可靠性。基于三维势流理论对新型平台进行频域内的数值模拟,得到了新型平台的附加质量和势流阻尼。考虑新型平台和张力筋腱系统的耦合作用,分析了新型平台在风、浪、流联合作用下的非线性动态响应。时域分析得到了新型平台在时域内的位移响应。水动力分析结果证明了新型延展式张力腿平台有可靠的水动力性能,并且满足在南海环境条件下的安全要求。     

张力腿式浮式风机平台的水动力和空气动力耦合响应分析（英文）

文章采用了空气动力、水动力、控制与弹性完全耦合的时域模拟方法研究了张力腿式浮式风机平台的动力响应。水动力载荷的计算采用了三维势流理论与Morison公式。空气动力载荷的计算采用了叶素动量理论和广义动态尾流理论。利用FAST软件得到了张力腿式浮式风机平台响应的时域结果,并分析了其动力响应特性。建立了描述平台纵荡运动的非线性微分方程,并采用了摄动方法求得其近似解,解释了纵荡运动中由非线性粘性效应引起的高频响应。对数值模拟结果的分析表明高频的响应分量对平台的动力性能有显著的影响。     

半潜浮式风机的动力响应分析

OC4半潜浮式风机综合性能较好,但其浮式基础结构质量和结构复杂性使其建造成本高昂,而WindFloat半潜浮式风机浮式基础具有结构简单、建造成本低和减摇效果好等优点,但是适应水深较小且只适合特定海域。结合OC4和WindFloat半潜浮式风机浮式基础的结构特点,针对200 m水深环境设计OC4-WindFloat半潜浮式风机基础。基于叶素理论、莫里森公式和势流理论,通过有限元软件对OC4-WindFloat半潜浮式风机的固有周期及风浪联合作用下的动态响应进行耦合分析,并与OC4半潜浮式风机结果进行对比研究。结果显示,OC4-WindFloat半潜浮式风机固有周期及动态响应均满足相关规定,且具有比OC4更低的建造成本,相比WindFloat可适用更深的海域。研究结果对于浮式基础型式研究有一定的指导意义。     

气动载荷对半潜式海上风机运动响应的影响分析

以DeepCwind海上风机为研究对象,利用有限元软件ANSYS AQWA进行风机频域水动力数值仿真分析,得到水动力参数以及幅频响应曲线,将得到的水动力参数导入到FAST软件中,对风机气动-水动-锚泊系统的时域耦合运动分析。在此基础上,讨论了气动载荷对于半潜式风机运动响应的影响。结果表明,气动载荷对于半潜式风机运动响应的影响较大且不可忽略,横摇,横荡以及首摇运动随着气动载荷的增大而增大,垂荡运动随着气动载荷的增大而减小,风作用在叶片上所产生的气动阻尼削弱了垂荡运动,增强了横荡、横摇和首摇运动。     

浅吃水单柱式浮式风机动力学特性仿真研究

本文采用FAST软件对一种浅吃水单柱式浮式风机系统的动力学特性进行了研究.这一浮式风机适用于能源成本相对合理、水深为150 m的海域.本文首先讨论了这一浮式风机系统和OC3-Hywind系统在动力学特性方面的差异,然后研究了风尤其是湍流风对系统动力学特性的影响,最后对这一系统在多种载荷状况下的动力学行为进行了详尽的分析.研究结果表明:湍流风会在系统固有频率附近引起显著的激励;纵荡和纵摇运动取决于风轮推力,它们通过风轮推力和相对风速之间的联系建立起耦合关系;Spar平台的艏摇运动主要取决于平台横摇时由风轮推力引起的艏摇力矩.     

超大型风机安装平台自升状态下的运动响应频域分析

针对自升自航式海上风机安装作业平台在风浪较大的海上风电场区域作业时风、浪、流载荷较大,影响安全的问题,基于SESAM软件,建立海上风机安装作业平台有限元模型,在频域内计算了波浪载荷和运动响应传递函数,并进行响应谱分析。结果表明,平台运动响应受波浪周期和浪向角的影响较大,当桩腿接近海底时,有可能对导致桩腿触底,在船舶设计以及船舶实际作业时应注意避免这种现象发生。     

海上混合式风机基础动力响应研究

针对海上风机的发展趋势,对一种混合式海上浮式风机基础的动力响应进行了研究。应用SESAM软件和FAST软件分别建立海上风机的下部浮式基础以及上部结构的数值模型,调用Aero Dyn程序包计算结构的空气动力载荷。分析系统的动态响应和基础的运动特性。改变筋腱预张力的大小,研究其对浮式基础运动响应的影响,为海上风机混合式基础的初步设计提供一定的理论依据。     

两种艏型维护船顶靠塔基耦合水动力性能研究

为了保证维护船维护工作的正常进行,确保在复杂海况时维护人员的安全,维护船一般采用船首顶靠海上风机基础靠船桩的方式来支持维护人员登上海上风机进行维护工作。文章利用CFD数值仿真软件FINE/Marine得到风、流力系数及粘性阻尼系数,针对两种不同的船首型式,运用水动力分析软件AQWA,考虑随机波浪载荷及风、流载荷的共同作用,进行数值仿真模拟分析,计算在不同的波高和浪向角下维护船的运动响应,[补充一点研究结论,英文也作相应补充]对比两种船首型式的维护船的升沉和横摇响应结果,A型（平头局部外凸型）船首优于B型（平头型）船首,从而为维护船的艏型开发、维护船登靠方式、靠船桩布置方位设计提供参考,并为海上运维作业提供安全预报。     

海上浮式风机在波浪作用下的动力响应分析

基于三维线性频域势流理论和脉冲响应函数方法计算时延函数与时域波浪力,利用准静定系泊模型来模拟系泊力,利用计算流体力学方法得到粘性阻尼系数,建立了风机在波浪作用下的时域运动方程.论文求解DeepCwind半潜式平台风机的动力响应,计算结果与试验值以及其他数值模拟结果吻合的较好,证明了方法的适用性.     

海上风机半潜型浮式基础结构设计及整体强度分析

综合考虑海洋环境载荷及气动载荷,探讨了半潜型浮式基础结构设计及整体强度分析方法。针对一座安装在120m水深海域的5MW海上风机,参考海洋结构设计的有关规范,设计了由三立柱、斜撑、水平撑等构件组成的浮式基础。应用SESAM软件,建立了风电浮式基础整体有限元模型;根据莫里森公式和势流理论分别计算构件及立柱的水动力载荷,并运用叶素理论计算风机叶片的空气动力载荷;综合施加水动力载荷及叶片气动载荷,计算浮式基础结构的应力分布和变形分布。根据ABS规范,综合考虑构件压应力和弯曲应力,校核了构件的压-弯强度。计算分析结果表明,连接塔柱与立柱斜撑的两端部位应力较大,属于结构的危险部位。     

海上风电浮船分体安装运动响应数值仿真分析

本文采用数值仿真手段分析浮吊船的运动响应以确定采用浮吊船进行风电机组分体安装的可行性。利用基于边界元法的水动力学数值仿真的手段,计算强峰1800和苏连海起重08两艘起重船的浮体运动响应RAO。采用频域谱分析的方法,计算随机波条件下两船吊钩位置的垂荡运动响应谱,并通过波浪谱统计规律确定船舶的最大运动响应以及加速度响应,以确定风电机组分体安装的可行性。