窄锥结构冰力分析

为了满足窄锥结构动冰力函数构造的需要,提出了一个新的锥体结构冰力计算公式,公式由体现锥角效应、接触宽度效应和冰断裂长度效应三参数表达,它能够合理地反映冰力幅值与作用周期的相关关系。算例结果与几个有影响力的经验公式和理论公式的比较显示,新公式能更好地模拟结构的实际冰力。     

不同破坏模式下锥体结构冰力定性分析

采用弹性基础板模型,对锥体结构上冰破坏力随不同弯曲破坏模式而变化的关系进行了定性分析,给出了由2个尺寸比表达的与3种破坏模式相对应的冰荷载表达式和1个由尺寸比定义的破坏模式图.利用这一结果揭示了弯曲破坏冰力幅值与周期大幅度变化的力学机理.板型弯曲破坏冰力是尺寸比k1的减函数;楔梁型破坏冰力是k1的增函数.这预示着最大冰力将在两种破坏模式过渡时出现.冰力周期随冰的断裂长度与其厚度之比k2增大而增长,当k2大于5时,破坏模式由板型过渡到楔梁型.该结果可在现场数据分类识别和冰力速度效应的定性分析等方面得到应用.     

冰激柔性锥体振动实验研究

针对冰激柔性锥体振动实验研究开展得很少的现状,利用DUT-1非冻结可破碎模型冰进行了冰速变化时冰激锥体振动的室内实验模拟．模型锥体材料采用普通钢材,设计了更为贴近实际的多自由度锥体结构模型,应用改进的动态载荷时域识别方法,依据结构的位移、加速度和应变等混合动态响应,识别了冰-锥体结构动力相互作用过程中的动冰力．实验结果表明,冰激柔性锥体振动是一种以低频振动为主、间歇性的随机受迫振动和自由阻尼振动,作用于锥体上的动冰力频率成分丰富．     

抗冰导管架平台结构动力安全评估

基于现场冰激振动监测资料，论述了抗冰导管架平台进行动力失效评估的必要性，分析了在动冰荷载作用下抗冰导管架平台的动力失效模式，指出动力失效模式主要包括振动失效模式和疲劳失效模式，并介绍了基于现场实测冰力数据建立的直立结构冰力谱的计算方法．作为应用实例，利用ANSYS软件建立了Jz9—3GCP平台的有限元模型，分析了其结构特性，并对其进行动力结构安全评估． 此方法对于抗冰平台的设计和安全评估具有一定的借鉴意义．     

作用于正倒锥结构上冰力物理模拟试验研究

利用新型非冻结可碎合成模型冰材料,进行了冰排对正倒锥体结构物作用的物理模型试验研究;试验中测量了作用于锥体结构物上的冰力,并观察记录了冰排作用于结构物的破坏过程。综合分析试验结果,发现冰速的变化对冰力没影响。而随锥角、水线直径的增加以及冰排弯曲断裂模式由下弯变为上弯,作用于锥体结构物的冰力显著增加。试验得到的总冰力结果与Croasdale和Ralston的理论预测结果符合较好。     

冰激振动下六腿导管架平台的动力响应

为了研究冰力对平台的破坏效应,建立平台的动冰力模型是必要的.简要分析挤压、弯曲和屈曲冰力对平台的破坏效应,确定冰力破坏的主要形式;基于海域现场观测数据,运用公式推导平台受静冰力、海风、海流等环境载荷的作用;采用ANSYS软件对平台建模,根据模型计算六腿导管架平台受冰力遮蔽效应的影响,对平台进行模拟实验.通过模拟,得到了平台在冰激振动下结构的运动情况,为冰与结构相互振动理论提供了理论依据.     

雷达海冰监测系统与数值预报技术在辽东湾冰区作业中的应用

利用航海雷达在辽东湾冰区石油平台上,现场实时进行海冰观测;雷达监测海冰系统,针对海冰类型识别及对应冰厚度、流冰漂移速度、方向、冰边缘线等要素进行观测;应用统计模式分类法,对雷达观测的海冰数据进行分类、验证,其海冰分类识别结果标准率达80％以上,同时开展现场流冰跟踪数值预报业务,检验了现场雷达海冰监测、数值预报的可行性和应用性．     

基于实测冰芯数据的南极海冰厚度的数值模拟

根据我国第22次南极科学考察现场观测数据以及现场采集的冰芯分析数据,考虑太阳辐射、云量等因素对南极海冰厚度变化的影响,利用最小二乘法辨识气温与冰表面温度之间的关系,并以辨识结果所得到的冰表面温度作为上边界条件,依据实测情况取结冰点-1．81℃作为下边界条件,对一维热传导方程采用Crank-Nicolson格式进行离散,对南极中山站内拉湾附近海域海冰厚度变化进行了数值模拟,并与现场观测的海冰厚度数据进行了对比。     

基于Maattanen模型的冰激疲劳寿命分析

基于ANSYS系统和海洋平台自激振动Maattanen模型,提出了计算冰激疲劳寿命的一种新方法,并开发了与ANSYS系统集成使用的计算程序。利用该程序可以实现对多自由度复杂平台结构的冰激动力精细分析,并能定量确定自激冰力、结构的动力响应和节点应力。运用该程序计算了实际平台的冰激振动响应和节点疲劳寿命,分析了不同冰力参数对平台自激振动响应的影响。对使用不同冰力模型计算出的平台疲劳寿命进行的对比结果表明,较高冰速下平台动力响应较小;自激振动是造成平台疲劳损伤的主要原因。计算结果与现场观测情况一致,这进一步验证了新计算方法的可靠性,为平台冰激疲劳设计提供了依据。     

极区船舶及海洋结构冰荷载的离散元分析

 冰荷载是影响极区船舶及海洋结构振动响应和疲劳寿命的重要因素。针对海冰的离散特性,分别采用具有黏结-破碎效应的球体单元、扩展圆盘单元以及基于闵可夫斯基和方法的扩展多面体单元构造海冰离散单元模型,分析了船体、固定式、自升式以及浮式海洋结构的冰荷载特性及分布规律。此外,为计算海冰作用下海洋结构的振动响应,建立了相应的冰激结构振动的离散元-有限元模型。在上述基础上自主研发了基于图像处理单位（GPU）并行算法的海冰离散元软件（IceDEM）,实现了对船舶以及海洋平台结构冰荷载离散元分析的大规模计算。     

复杂海况下风力发电机建模与动态特性仿真分析

考虑到海上风力发电机可能会受到冰载荷的影响,将随机冰力函数模型添加到风力发电机模型中,利用莫里森方程模拟海浪作用,建立复杂海况下多体动力学联合仿真模型,进行多场耦合作用下的风力机动力学特性分析,以此评估风力机系统在复杂工况下的运行风险。结果表明:风力机塔顶位移的波动主要受风载的影响;波浪、海冰对塔基载荷性能影响较大,会使塔筒产生持续振动并引发疲劳破坏,风冰联合作用时振动更为剧烈;由于海冰的持续撞击作用会使塔基载荷普遍大于无海冰作用情形,因此,针对海冰工况下风力发电机的设计要有所修正及完善。     

浮冰作用下单桩海上风机动力响应分析

随着海上风电在环渤海地区不断发展，冰激振动响应为当前环渤海地区海上风机面临的重要问题 .基于海上风机一体化数值分析软件，对浮冰作用下单桩海上风机动力学响应展开研究 .重点探究单桩风机塔基以及泥面线处载荷动力响应变化规律，研究不同冰载数值模型、冰厚以及冰速对单桩海上风机动力响应影响，开展抗冰锥结构下单桩海上风机动力响应影响规律.结果表明：不同冰载数值计算模型下的计算结果差别较大，采用Matlock双齿模型计算出的塔基载荷以及泥面线载荷最大，分别为无浮冰作用的 2.2倍与 1.3倍；单桩海上风机动力响应随冰厚增加而增加，冰速变化对单桩海上风机结构荷载影响不明显；采用抗冰锥措施后，作用于单桩海上风机的冰荷载显著降低，极大降低单桩风机塔基以及泥面线位置处的剪力与弯矩，塔基位置处剪力与弯矩的最大值分别为无抗冰锥结构的82%与95%.同时抗冰锥结构可极大降低作用结构上的冰荷载，其冰载最大值与标准差分别为不采用抗冰锥结构的5%与7%.     

大型风力机柔性叶片在运行工况下的内力分析

为了准确地模拟柔性叶片在运行工况下叶片危险截面的内力,进行叶片的强度与刚度分析,并考察叶片的振动对气动载荷与气弹响应的反馈,以美国可再生能源实验室(NREL)发布的5 MW近海风力机为研究对象,建立了包含气动模型和系统的动力响应模型两部分的柔性叶片非线性气动弹性力学模型。采用计算多体系统动力学理论,基于Roberson-Wittenburg建模方法,结合叶素动量理论,建立了柔性叶片的气弹耦合方程,实现了叶片的气弹耦合时域响应分析。算例计算了NREL的5 MW近海风力机在紊流风速作用下,叶片各截面的挥舞、摆振和扭转方向内力矩的时域响应。研究成果对于叶片强度与刚度校核与优化设计有重要的应用价值。     

基础冲刷对海上风电场塔架支撑系统动力特性的影响分析

针对海上风力机塔柱支撑结构受到土基、海洋流体的复杂作用的特点,建立三维有限元数值模型,开展不同海床冲刷深度条件下支撑系统结构的动态特性,探讨其变化规律,为海上风力机支撑系统的动力稳定设计提供科学依据。     

海上风力机桩柱式结构动力响应分析

采用有限元方法,分析了桩柱式结构模态,得到结构振型变化,且研究了桩柱式平台结构的波浪力载荷作用机理,得到平台结构在时域中桩柱结构所受波浪力变化情况.同时分析了不同桩柱形式结构纵荡、横荡和垂荡以及横摇、纵摇和首摇方向波浪力变化.结果表明:多桩柱平台结构频率变化范围集中、振型变化较小;横荡方向波浪作用力小,纵摇方向波浪作用力大.     

磁流变调谐质量阻尼器在海上风机振动控制中的应用

针对近海风机在风、波浪和地震3种载荷作用下的振动控制问题,提出了基于磁流变弹性体(magnetorheological elastomer, MRE)调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)的海上风机半主动控制方法。首先,介绍了MRE的变刚度磁致力学特性及面向海上减振需求的MRE-TMD结构设计原理;其次,建立了海上风机-TMD动力学模型,计算了风、波浪及地震激励载荷;再次,应用半主动控制算法跟踪识别风机塔筒顶端响应的频率,实时调节MRE-TMD的刚度,进而对海上风机进行振动控制。通过分析导管架式近海风机在多种载荷作用下的动力响应可知,采用基于MRE-TMD的控制方法能够有效衰减导管架式海上风机在多种载荷作用下的振动响应。与被动TMD相比,MRE-TMD具有较好的减振效果,为海上风机振动控制提供了一种新的解决思路。     

渤海辽东湾海冰条件的概率分析

本文利用辽东湾海域及其沿岸台站多年的海冰观测资料和有关气象资料,对该海域的海冰条件以及相应的气候规律进行了概率分析、研究了辽东湾南北两个分区的划分、冰厚与气温的关系、冰厚的极值概率分布、太阳黑子数以及El Nino现象对渤海冰情的影响及其长期变化的规律,得到一些可供辽东湾抗冰平台设计参考的数据和结论。     

海、陆两用风力发电实验平台设计

在风电场通过现场测试分析研究风力机性能由于受到现场环境的限制,能够获得的研究数据有限,室内模拟实验平台能够有效弥补研究不足.为此提出了一种海、陆两用风力发电实验平台方案.该实验平台由来风装置、风轮、发电机、两段式塔架、漂浮台、波浪产生装置、传感检测和数据采集系统等构成.在实验平台整体方案基础上,进行了结构参数设计,建立了漂浮台受力分析模型并获得了合理的结构参数,以Lab VIEW为开发环境设计了上位机运行状态监控系统.最后,基于构建的实验平台,开展了部分风力机动态特性研究工作,对比分析了模拟陆地风力机和海上漂浮式风力机时塔架振动特性,为进一步深入开展风力机动态特性研究提供了基础.