摘要：基于风和波浪的伴生关系及波浪能与风能同时获取的可行性,提出一种基于半潜式风力机与点吸收式波能装置的新型风浪联合获能系统。建立考虑等效(PTO)的全过程风-浪-多体耦合时域分析模型,并研究波能装置设计参数对波浪能输出功率的影响规律,重点研究风浪联合运行海况下新型风浪联合获能系统的结构动力响应特征与获能特性。结果表明,波能装置的安装对平台纵荡运动和系泊系统产生不利影响,对风力涡轮机的影响较小,此外垂荡和纵摇响应均随波能装置的加入得到抑制,纵摇角平均值减小25%,垂荡位移标准差减小42%,与漂浮式风力机相比,联合获能系统的平均输出功率增加17%。

摘要：针对应用于50 m水深海域的10 MW海上风力机,设计由三浮筒及三立柱组成的新型浮式基础,建立带有骨材结构的有限元分析模型。对于有关此新型浮式基础的设计波参数,一般选用随机性设计波的方法来确定,对波浪载荷工况下的整体结构。重点研究浮筒的骨材尺寸以及骨材间距对新型浮式基础强度的影响规律,并得到纵横骨材尺寸组合对新型浮式基础整体强度的影响规律。研究表明,新型浮式基础结构高应力区域位于3个浮筒连接处,浮筒板单元应力水平受骨材尺寸和骨材间距的共同影响,采用合适的尺寸间距组合可在应力水平相当的情况下显著降低用钢量。

摘要：液化石油气等液态燃料在运输过程中受运载工具运动状态变化的影响易产生晃动,液舱晃动引起的流体冲击载荷将威胁运载船舶及车辆的安全性,严重时会发生倾覆。运用运动模拟平台进行液舱晃动试验是目前的重要研究手段,文中基于等效机械模型方法对液舱-运动模拟装置的动力学进行了研究。首先,建立了在纵荡激励下矩形充液液舱的等效机械模型,并通过试验及仿真对等效机械模型进行验证。基于矩形液舱等效机械模型,联合Stewart并联机构,建立了液舱-运动模拟平台系统的动力学模型。通过与等质量无晃动系统进行对比,分析了晃动产生的流体载荷对运动模拟平台受载的影响。结果表明:激励频率对运动模拟平台受载有显著影响,在接近液舱固有频率的情况下,运动模拟平台所受载荷明显增大。该研究可为晃动模拟平台的承载能力校核、设计及控制提供参考。

摘要：半潜式平台由于吃水浅、水线面小导致垂荡响应较大,为采油树的选择以及钻井、采油等作业带来了许多制约因素,增加维护和作业成本。针对这一问题,本文提出了一种带有非线性能量阱(Nonlinear energy sink,NES)的半潜式平台结构。根据NES减振原理,将活动式垂荡板作为NES系统的具体结构,通过建立带有NES系统的半潜式平台动力学模型,以减小平台垂荡响应为目标,优化设计了NES系统参数。考虑海况变化问题,对NES系统和调谐质量阻尼器(Tuned mass damper,TMD)系统的垂荡响应抑制性能、系统能量传递进行了对比分析。结果表明:NES系统对半潜式平台的垂荡响应具有明显抑制效果,NES系统的共振俘获现象可以使平台与其发生靶能量传递(Targeted energy transfer,TET),同TMD系统相比,NES系统对不同海况波浪谱峰周期变化的鲁棒性更强。

摘要：以OC4-DeepCWind半潜式风电机组基础和NREL的5 MW风电机组为研究对象,考虑浅水环境条件和潮汐影响,进行浮体水动力分析和系泊布置方案设计,对风电机组-浮体-系泊耦合系统进行整体动力响应分析。研究结果表明,在浅水条件下,浮体水动力特性和系泊回复刚度受水深影响显著,且在水深与结构的吃水比过小时,结构物与海底之间相对流速增大也会对结构物的安全性能产生不利影响,在结构设计阶段需特别考虑。

摘要：针对潮流能水轮机发电效率较低的问题,该文将格尼襟翼(Gurney flap,GF)流动控制理论引入潮流能水轮机叶片设计领域来改善水轮机叶片的水动力学性能,并开展GF及其参数对水轮机叶片水动力学特性的影响规律的研究。以NACA4418翼型作为研究对象,分别对基础翼型段和带GF的水轮机叶片翼型段建立三维模型,应用CFD数值模拟方法,研究了不同GF高度、弦向位置以及偏转角度对叶片翼型水动力学性能的影响。结果表明:翼型段上安装格尼襟翼能够有效提高升力系数,合理的GF参数设置可以有效地改善翼型段的水动力学性能,该研究中当GF安装在尾缘处且高度为3%C(C为弦长)、偏转角度为90°时,对翼型段改善效果最佳,其最大升力系数增加60.51%。

摘要：海上风电结构长期服役于恶劣的海洋环境中,损伤不断累积,严重时导致整体失效。现有损伤检测方法可以识别结构损伤,但未考虑桩-土作用、冲刷效应对结构动力特性的影响,若直接应用于实际工程容易导致损伤误判。基于交叉模型交叉模态(cross-model cross-mode,CMCM)法,考虑桩-土作用和冲刷效应,优化了桩基的边界条件,发展了CMCM结构损伤检测方法。建立了单桩-土体有限元模型,结合已有试验数据,验证了砂土地基条件下数值模型及检测方法的可靠性。进一步地,研究了桩-土作用、冲刷效应对整体结构模态的影响,并基于不同地基假定的基准模型,对数值模型中的结构损伤进行检测。结果表明,考虑桩-土作用、冲刷效应后的地基刚度降低,从而导致结构频率降低、模态振型改变;该模型边界更符合实际工程地基状态,排除导致误判的干扰因素后,结构损伤位置、程度均可被准确识别,提升了CMCM方法的准确性和工程适用性。

摘要：建立风力机塔筒-复合筒型基础-冲刷地基的耦合动力分析模型,通过实测数据验证数值模型的准确性。基于已完成的复合筒基地基冲刷试验,在耦合动力模型中实现冲刷地基模型的准确建立,考虑局部冲刷后应力历史对剩余土体参数的影响,分析风力机结构体系的动力响应特征,将计算结果与不考虑冲刷影响的计算结果进行对比。结果表明:地基的冲刷使得风力机结构的自振频率降低,增大了复合筒基风力机结构体系运行的危险;考虑地基冲刷后复合筒基的运动速度有较明显的提升,提升幅度最大约为8%,因此在进行复合筒基风力机设计时,必须考虑地基冲刷对动力特性的影响;在局部冲刷对复合筒基风电结构体系动力响应影响的研究中可忽略冲刷后应力历史对土质参数的影响。

摘要：近年来风暴潮等海洋灾害日趋频发,沙质海岸侵蚀问题也愈发突出,沙滩稳定防护显得日益重要。为研究风暴浪作用下沙质岸滩稳定机制问题,设计了一系列的水槽试验,对风暴浪作用下沙质岸滩的稳定机制和演变过程进行了录像观察和研究分析。试验中采用图像处理技术,根据水和岸滩床面的像素值差异,对岸滩整体剖面进行实时动态提取;对比和分析了不同入射波高、波周期、水深、岸滩初始坡度以及波高连续变化下沙质岸滩演变过程。试验结果表明,岸滩稳定与岸滩初始坡度和沙坝的发育直接相关,而波参数主要影响岸滩扰动幅度和沙坝以及前滩侵蚀边界的位置变化。当入射波高连续变化时,沙坝迅速响应并向离岸迁移。岸滩变化幅值与入射波能流存在明显正相关关系,波能流越大对岸滩稳定性的危害越大。而水位升高会增强前滩向岸侵蚀风险。此外,在本试验尺度下,前滩以侵蚀为主。当岸滩初始坡度小于稳定坡度且波陡较小时,即Dean参数Ω′较小时,岸滩才发生明显的前滩淤积,这对于试验尺度下岸滩恢复工况研究至关重要。具体来说,当岸滩整体坡度为1:10且前滩坡度达到1:5~1:2.5时,岸滩稳定性最好,岸滩形态最接近最终平衡剖面,岸滩趋于稳定的时间最短。

摘要：为解决海上风电基础结构存在的材料强度利用率低、应力集中等问题,提出一种新型桁架式海上风电支撑结构。建立设计水深为10m的三维有限元模型,利用ANSYS有限元分析软件首先进行结构模态分析,得出固有频率值,以确定结构不会与风机的工作频率耦合发生共振。对包括风机运转载荷在内的6种不同工况进行静力和动力分析,得到静力分析结果和单元的时程曲线,与传统的单柱式进行比较,结果表明:新型海上风电支撑结构动力分析结果与静力相比,顶部最大位移增大0.002m,最大von Mises应力增大2.3MPa,低于相同刚度单柱式结构的0.026m、25.7MPa,具有良好的动力性能。