海上风机变径单桩基础水平承载特性数值分析

为研究海上风机变径单桩基础承载性能,通过有限元分析软件ABAQUS建立变径桩数值模型,开展变径单桩水平承载性能的数值模拟研究,分析其相对于通长单桩基础的承载性能优势,并针对变径段尺寸进行参数分析。结果表明：变径桩极限承载力较通长桩存在明显提高,相同水平荷载作用下,变径单桩基础桩身位移明显减小,其水平承载能力要优于通长桩基础;变径桩基础中底部桩径和变径段埋深高度对水平承载力影响较为明显,增大底部桩径与减小变径段埋深均能提升桩基的极限水平承载能力,但变径段长度对变径桩基础水平承载能力影响很小。可见变径单桩水平承载性能优于通长桩。研究成果可为深厚砂土地质下的海上风电单桩基础设计与结构优化提供参考依据。     

单桩基础海上风机受船撞击损伤和动力响应分析

随着海上风机在服役期内被船舶撞击风险提高,运用LS-DYNA软件进行了5 000t船舶以2m·s-1速度撞击单桩基础海上风机的数值仿真.提出面积受损率描述海上风机单桩基础的受损程度,分析了风机塔架易损位置的位移、加速度响应及剪力.结果显示:船舶正撞风机以塑性碰撞为主;面积受损率能合理反映单桩基础在不同质量、速度、碰撞角度船舶撞击下的受损程度,其与船舶动能具有一一对应关系;风机塔架位移响应随塔架高度增加而增强,加速度响应却减弱;塔架顶部剪力最大值同底部一样均很大,所以加强塔架顶部连接同加强底部连接一样重要.     

海上风电机组单桩基础模态及参数敏感性分析

采用里兹向量直接叠加法,在考虑桩-土相互作用的条件下对海上风机单桩基础进行模态分析,得到了单桩基础9阶模态特性,基于精确的基础设计,有效地避开了风机叶片工作时的振动频率以及海浪的波动频率.发现前2阶水平向弯曲振型频率为判断单桩基础共振的主要频率.通过探讨套筒、土体、桩基础等方面的一系列参数对单桩风电机组基础模态的影响规律发现单桩基础自振频率随着套筒壁厚、土层水平向参数、桩体壁厚、桩径的增大而增大,随桩悬臂长度的增大而减小,其中受桩径影响最为显著.单桩基础自振频率随桩体埋深呈现非线性变化,并存在临界深度,超过该深度后频率基本保持不变.桩侧土体的摩阻力大小对水平向弯曲振型没有影响.     

海上风机复合单桩基础水平承载力数值分析

近年来海上风电发展迅速,装机容量不断增大,传统单桩基础受荷负担加重,故以单桩基础和安装在桩体外围的桶型基础(摩擦轮)组合而成的复合桩基础被逐渐采用,以保证风机服役期间的安全稳定。为研究复合桩基础承载性能,通过ABAQUS有限元软件开展复合桩基础水平承载性能的研究,分析其相较于传统单桩基础的承载力优势,并进一步进行优化设计。结果表明:相同受荷情况下,复合桩基础由于摩擦轮的存在,桩身泥面处位移和桩身弯矩均大幅减小,水平承载能力明显优于单桩基础;复合桩基础中摩擦轮直径和高度对其水平承载能力影响较明显,但其厚度对复合桩基础水平承载能力影响有限。可见复合桩基础承载能力明显优于单桩。     

MICP加固对海上风机单桩基础静力特性的影响

为研究微生物诱发方解石沉淀(MICP)加固技术对大直径单桩静力特性的影响,采用数值模拟方法分析MICP加固浅层土体后单桩基础的承载力、变形模式、内力分布等静力特性,并对不同加固范围、加固形状、加固强度进行敏感性分析。结果表明：使用MICP加固土体可以有效提升单桩承载力(最高达70%);加固不改变单桩变形模式,但桩周土体变形区域范围有所变化;加固可改善单桩内力分布;对于不同加固范围,加固深度超过1倍桩直径后对于提升承载力影响很小;加固半径超过3倍桩直径后对于提高单桩承载力作用较小;对于不同加固形状,承载力由大到小依次是圆柱状、倒锥状、正锥状。加固土体强度增加时,单桩承载力亦随之增加。     

碰撞逃逸船舶的认定

从海上碰撞事故调查的角度，分析和阐述了在认定碰撞肇事逃逸船时应考虑的因素。这些因素包括碰撞事故发生后的报告，通报，肇事嫌疑船的特征，碰撞事故的时间，地点，肇事嫌疑船的触损部位和油漆样本，肇事嫌疑船在碰撞前后的航向及航速等的推算，港口船舶通航记录以及相关海区雷达站的记录等。     

海上风机复合式单桩基础载荷传递机理研究

随着海上风电产业的快速发展,对于近海及潮间带海上风能的开发与利用逐渐趋于饱和．海上风力发电机的建造逐渐呈现由近海到远海,由浅水到深水的发展趋势,由此将带来更加严峻的海洋环境荷载．传统使用的单桩基础一般仅适用于浅海区域,其直径随着建造水深的增加迅速增加,由此带来高昂的建造以及施工成本使其无法适用于深海环境．借鉴带有稳定平台的可嵌入式挡土墙的设计理念,提出一种可用于海上风力发电机的新型复合式单桩基础,其一般由单桩和重力盘组成．复合式单桩基础在单桩和重力盘协同承载作用下,承载性能大大提升,具有更为广阔的发展前景．为了充分掌握这种新型基础形式的承载特性,首先开展了一系列离心机试验,研究其在砂土中的水平承载响应．基于离心机试验的高质量验证,利用ABAQUS有限元分析软件建立数值模型,研究单桩与重力盘之间的连接方式对整体水平承载响应的影响．基于复合式单桩基础与土体之间的相互作用机理,深入研究了单桩与重力盘在不同连接方式下的破坏机理．研究表明,单桩与重力盘摩擦连接时,两者之间的摩擦系数对整体承载性能的影响可以忽略．单桩与重力盘光滑连接时会产生“阻替”现象,即两者之间缺失的摩阻力被支持力所代替．但是,...     

船舶碰撞过程的数值模拟及试验研究

船舶碰撞是船舶运输过程中可能导致严重后果的海事事故,是船舶安全方面的一个重要研究方向。船舶碰撞过程的研究主要从两个方面进行:数值模拟和试验研究。从运动控制方程、能量耗散方程和ALE模型入手详细地介绍了船舶碰撞过程的数值模拟;从模型试验和局部结构试验现行流行的试验这些研究手段对实验研究进行了介绍和讨论。同时,提出了在现有条件下,船舶碰撞过程研究关键问题和可行的研究思路。     

海上风力机大直径单桩数值模拟对比分析

利用有限元软件ABAQUS数值模拟,从节省材料用量的角度出发,通过增大桩径的同时减小桩身壁厚来保持桩身材料横截面积不变,来考察不同桩径下,桩身的应力应变的变化规律及荷载传递机理.得到分别在水平和竖向荷载作用下,桩径较大的桩虽然桩壁变薄,仍拥有较好的结构安全储备.再考察大直径单桩侧摩阻力随深度的变化规律,发现桩侧摩阻力随着桩径的增大而增大,表明当桩径足够大时,不能忽略桩径变化对桩侧摩阻力的影响.最后通过分析轴力与桩侧摩阻力之间的关系,得出短桩与中长桩具有不同的荷载传递机理.     

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%.     

单桩式海上风力机支撑结构强度振动分析

以某型2MW海上风力机支撑结构为母型,运用有限元软件ANSYS建立了三维实体模型,并进行了模态、涡激振动及瞬态动力学等强度与振动特性分析.结果表明,非线性弹簧单元适用于模拟土壤对基础的约束,三维实体单元有限元模型在固有频率和应力分布计算上均比梁单元模型更为准确.在所提供的风况和海洋条件之下,海流涡激振动不会与支撑结构产生共振,支撑结构的应力水平主要受风载的影响,该结果可为海上风力机支撑结构强度与振动分析提供参考.针对不同环境,仅需调整载荷,所建模型宜可适用.     

近海风电机组单桩式支撑结构疲劳分析

用WAsP分析风场数据得到风速的分布情况,统计各工况的风、浪、流等环境参数.基于支撑结构所受的疲劳载荷,用ABAQUS对结构建模并通过振型叠加法求出应力响应的时间历程.根据S-N曲线、雨流计数法以及线性累积损伤理论,用Fe-safe计算出支撑结构的疲劳寿命并分析各种载荷对结构疲劳寿命的影响.结果表明：支撑结构的疲劳寿命满足要求;风机载荷是结构疲劳的主要影响因素,合理的发电机控制策略有助于提高结构的疲劳寿命.以风向和10 min平均风速为依据划分工况的方法可为海上风力发电结构的疲劳分析提供参考.     

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.     

新型海上风机浮式平台运动的频域分析

以5,MW 风机为模型,概念性地设计了一种新型海上风机浮式平台。基于三维势流理论和 Morison 经验公式,利用 HydroD 软件计算了浮式平台的水动力系数;根据悬链线理论,编程计算了系泊系统提供的回复刚度;考虑风机与平台、系泊系统与平台之间的耦合以及黏性阻尼的影响,在频域范围内编程计算了风机系统的运动响应,得到新型浮式平台的幅频响应曲线,并在此基础上研究了波浪入射角、水深等因素对浮式平台运动的影响。结果显示,在波浪角为0°时运动响应最大,且浮式平台更适用于较大水深。     

柔性桨风力机设计及实验研究

在已有的理论研究基础上，对柔性桨风力发电机进行了传动及结构设计，并进行了实验研究．结果表明，风力机输出功率最大值出现在风向角为-10^。附近，风力机输出功率值在较宽的风向角范围内变化较小．     

海上风电机组DeepCWind平台系泊缆布置及断裂仿真分析

以NREL 5 MW风电机组和OC4-DeepCWind半潜式浮式平台为研究对象,运用ANSYS/AQWA水动力分析软件和OPENFAST仿真分析软件进行风电机组气动、水动和系泊系统的时域耦合运动分析,研究不同系泊缆数量、角度布置形式及系泊缆断裂等因素对浮式风电机组动态响应和系泊缆张力的影响。结果表明：增大系泊缆的布置角度可提高浮式风电机组平台的稳定性,但同时增大了系泊缆张力,导致安全系数降低;迎浪侧系泊缆断裂瞬态情况下,浮式平台产生明显的运动响应波动,系泊缆布置角度的增大使浮式平台的稳定性急剧降低。     

半潜式海上浮式风力机平台设计及水动力响应

 为了开发海上风能资源,探索浮式风力机平台响应特性,设计了一种半潜式海上浮式风力机平台样机。利用风压模型模拟风力机气动载荷,基于势流理论和Morison方程计算水动力载荷,并根据阻尼矩阵计算阻尼力和系泊线载荷,建立了海上浮式风力机运动响应数值模型。制作了1/50的试验模型,并在水池进行水动力实验,对垂荡板在设计中的作用进行了验证,测量了模型的固有周期、衰减系数以及规则波条件下的响应等,对比发现数值模型结果与实验结果吻合较好。在无风和额定工况下进行系统随机响应特性数值分析,通过统计数据和响应频谱研究了风力机气动载荷对风力机平台运动特性的影响。发现该系统数值模型时效性好并可以真实反映浮式风力机平台的运动特性,平台垂荡、纵摇、纵荡的响应结果满足海上浮式风力机系统对平台的性能要求。设计中加入垂荡板使平台垂荡和纵摇的固有周期和衰减系数增加,提高了系统的稳定性。风力机气动载荷对纵摇传递函数产生有益的抑制,但会放大纵摇和纵荡在共振区的响应。     

论航行环境与船舶碰撞事故的关系

分析航行环境中主要因素的作用，重点讨论了交通密度、能见度等因素与碰撞事故的关系及航行环境对操船者的影响，总结出碰撞事故随航行环境变化的规律。