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1.
随着海上风电技术的快速发展,海上风电逐渐由浅海走向深海,海上风电基础结构型式将逐渐由固定式发展到漂浮式。在浮式风电结构的模型实验中,风机载荷的模拟是保证实验效果的重要因素。针对浮式风电结构模型实验中风机载荷的模拟问题,提出了一种新型的基于气流喷射、利用气流反作用力模拟风机载荷的实验方法并进行了初步验证。通过标定得到气流控制信号与反作用力的关系,将数值模拟得到的原型风机载荷时程转换为相应的控制信号,同时针对实验装置对气流变化的响应特性,对控制信号进行频域和时域修正,驱动气流喷射以模拟风机作用力和力矩。经过实验验证,载荷模拟装置产生的载荷在时域和频域上都能与模型实验所需风机载荷保持较好的一致性,证明该方法可行。 相似文献
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随着海上风电产业的快速发展,大型浮式风机逐渐从概念设计走向工程应用,但仍面临较大的挑战。一方面,在风、浪等环境载荷的作用下,浮式风机的气动载荷和水动力响应之间存在明显的相互干扰作用;另一方面,风力机大型化使得叶片细、长、薄的特点愈发突出,叶片柔性变形十分显著,这会影响到浮式风机的耦合性能。基于两相流CFD求解器naoe-FOAM-SJTU,结合弹性致动线模型和等效梁理论,建立了浮式风机气动—水动—气弹性耦合响应计算模型,并对规则波和剪切风作用下Spar型浮式风机的气动—水动—气弹性耦合响应进行了数值模拟分析。结果表明,风力机气动载荷使得叶片挥舞变形十分显著,而叶片的扭转变形会明显降低风力机的气动载荷。此外,风力机气动载荷会增大浮式平台的纵荡位移和纵摇角,同时,浮式平台运动响应会导致风力机气动载荷产生大幅度周期性变化。进一步地,叶片结构变形响应会使得浮式风机尾流场的速度损失和湍动能有所降低。 相似文献
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《中国海洋大学学报(自然科学版)》2016,(8)
针对海上风电结构,研究了环境激励下海上风电结构的模态参数识别问题。采用了一种时域联合算法:自然激励法(Natural Excitation Technique,简称NExT)和多参考点复指数法(Polyreference Complex Exponential,简称PRCE)的结合(简称NExT/PRCE方法)对海上风电结构的模态参数进行识别。对某三脚架式海上风电结构进行数值模拟,考虑了风电结构的实际操作工况,对结构施加了随机波浪荷载和风机载荷。利用动力响应数据进行了环境激励下风电整体结构模态参数识别,采用了稳定图与模态置信准则进行了虚假模态的剔除,并分析了NExT中参考通道选取对于模态参数识别效果的影响。通过与有限元模型模态参数比较,验证了NExT/PRCE方法对于风电结构参数识别的有效性。 相似文献
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针对海上风电整机系统,建立了一体化流固耦合分析方法。在模拟过程中,采用浸入边界法解决风机叶片旋转引起的静动干涉问题,利用改进的守恒式 level set（简称 ICLS）方法捕捉海浪自由面,并使用交错迭代法求解流固耦合方程。通过构建 “风机—塔架—基础”一体化流固耦合数值模拟方法,能够在一次仿真计算中实现海上风电整机系统的全过程数值模拟,准确求解多荷载耦合作用下“风机—塔架—基础”的整体结构动力响应。以某单桩式海上风电工程为例,验证了本方法能够实现对海上风电整体系统的一体化分析。 相似文献
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半潜式超大浮体连接器动力特性的一种时间序列分析方法 总被引：1，自引：2，他引：1
根据刚性模块弹性连接器 (RMFC)假设研究由 3个模块连接而成的半潜式超大浮体MobileOffshoreBase(MOB)的波浪载荷动力响应。模块和连接器动力响应根据时间序列法计算 ,这种方法包括海况模拟 ,波浪载荷计算和结构响应计算三个主要部分。通过对结构的适当简化 ,根据Airy波理论 ,Morrison公式以及流体中的结构运动方程、弹性连接器变形方程 ,计算求得MOB在不规则海况下的动力响应 ,并将其与相关文献中的结果进行比较 ,表明该方法有良好的精确性 相似文献
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深水浮式平台垂荡运动与水下柔性立管涡激振动的动力耦合 总被引：1，自引：0，他引：1
基于有限元数值模拟,进行了"平台垂荡-顶张力立管涡激振动"整体系统的动响应数值模拟。动响应模型考虑了立管尾迹流场的水动力与结构动力的耦合和垂荡引起的立管结构刚度的时变特性;分析了平台垂荡运动的频率、模态阶数等因素对水下顶张力立管涡激振动的影响。数值结果表明:与不考虑平台运动相比,立管的动响应位移会增大;立管响应幅值随着模态阶数的降低而增大;在响应过程中,尤其对于低阶模态,会出现响应的模态转换现象。鉴于在平台垂荡和涡激振动的共同作用下,立管的动响应会大于涡激振动、参数激励分别单独作用的响应,建议在立管实际工程设计中应该考虑平台运动和涡激振动耦合激励作用下的结构动响应。 相似文献
8.
传统吸力基础是一个单桶结构,被广泛作为海洋平台、漂浮结构的基础,近年来也被推广到海上风电塔架。作为风电塔架基础,要充分提高其水平承载能力。为此,提出一种改进的基础形式—裙式吸力基础。采用Z_SOIL有限元软件,针对砂土地基,从水平单调加载和循环加载两个方面,对传统单桶吸力基础和裙式吸力基础进行了承载性能对比研究,得到了相应的荷载-位移曲线。研究结果表明,裙式吸力基础由于设置了"裙"结构,显著提高了其抵抗水平静载和循环水平动力荷载的能力,并能有效控制基础的水平位移,是值得推广应用的一种新型海洋工程基础形式。 相似文献
9.
固定式海洋钢结构平台必须考虑到流体—结构—桩—土的相互作用。桩基式海洋平台是一种大型复杂结构系统,通常包括平台及其上部设备并支持在导管架上,用一组桩通过导管架的腿打入土壤中把它固定在海底。作用在这一结构系统上的有波浪、风、流、设备运行、地震等动载荷。其中以波浪载荷为最重要。对于固定式结构,结构的速度相对于水质点速度不可忽略,因而使波浪力呈非线性性质。桩—土相互作用可用分布的弹簧来表示,其刚度变化根据p-y曲线呈非线性。大多数结构设计在设计载荷下材料处于弹性范围,但在强地震和风暴下允许材料进入非线性而不致结构破坏。本文将一种模态综合技术和模态叠加方法推广应用于研究这一系统的非线性响应分析,假设系统受到规则波作用,波浪力可由波浪理论对给出的设计波算出。采用直接积分法对减缩的动力方程求解,非线性作为伪力矢量移置到方程右端。这样大大节省了计算机存贮及机时。迄今为止,非线性系统的动力分析问题藏缩方法为数有限,由于预测大型复杂结构系统非线性响应耗费巨大的机时相价值昂贵,这一工作显得特别重要。最后由计算程序DAPOS给出的算例表明这一方法的优点并卓有成效。 相似文献
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番禺30-1平台是我国首座位于南海海域水深200 m的固定式导管架海洋平台结构,平台结构基频较低,在动载荷作用下平台结构极易发生振动响应,可能对平台结构构件、设备及人员造成一定的安全隐患。现场监测得到的番禺30-1平台结构振动响应统计数据发现,季风期平台结构在波浪作用下发生稳定持续的振动响应,偶然性拖船撞击平台结构桩腿时发生较为强烈的瞬态振动响应。运用有限元数值动力分析方法,结合相关规定对平台结构在波浪及拖船撞击时进行了结构安全性能分析,为平台结构的安全运行及安全保障提供参考价值。 相似文献
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The stability of platform structure is the paramount guarantee of the safe operation of the offshore floating wind turbine. The NREL 5MW floating wind turbine is established based on the OC3-Hywind Spar Buoy platform with the supplement of helical strakes for the purpose to analyze the impact of helical strakes on the dynamic response of the floating wind turbine Spar platform. The dynamic response of floating wind turbine Spar platform under wind, wave and current loading from the impact of number, height and pitch ratio of the helical strakes is analysed by the radiation and diffraction theory, the finite element method and orthogonal design method. The result reveals that the helical strakes can effectively inhibit the dynamic response of the platform but enlarge the wave exciting force; the best parameter combination is two pieces of helical strakes with the height of 15%D (D is the diameter of the platform) and the pitch ratio of 5; the height of the helical strake and its pitch ratio have significant influence on pitch response. 相似文献
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半潜浮式风机逐渐在深海风电开发中受到关注,建立风机、平台与系泊结构耦合数值计算模型,通过FAST与AQWA链接进行风机塔基荷载及平台运动响应相互耦合传递,基于随机波与极限波组合模型生成畸形波时程序列,进行半潜浮式风机系泊失效全过程时域模拟计算分析,得出系泊锚链张力、风机、塔筒和平台运动时程响应,探究系泊失效、风机停机和叶片变桨速率对浮式风机平台系泊结构动力响应的影响。结果表明：畸形波作用下浮式平台和系泊结构动力响应显著,系泊失效导致塔基剪力增加,平台纵荡和纵摇运动响应显著增大;风机停机会引起系泊锚链张力显著减小,转子推力、塔基剪力和叶尖挥舞位移响应逐渐衰减,平台纵荡、纵摇和横摇运动响应显著减小;随着叶片变桨速率增加,风机转子推力和塔基剪力波动幅值增大。 相似文献
13.
Deep-water regions often have winds favorable for offshore wind turbines, and floating turbines currently show the greatest potential to exploit such winds. This work established proper scaling laws for model tests, which were then implemented in the construction of a model wind turbine with optimally designed blades. The aerodynamic, hydrodynamic, and elastic characteristics of the proposed new multi-column tension-leg-type floating wind turbine (WindStar TLP system) were explored in the wave tank testing of a 1:50 scale model at the State Key Laboratory of Ocean Engineering at Shanghai Jiao Tong University. Tests were conducted under conditions of still water, white noise waves, irregular waves, and combined wind, wave, and current loads. The results established the natural periods of the motion, damping, motion response amplitude operators, and tendon tensions of the WindStar TLP system under different environmental conditions, and thus could serve as a reference for further research. 相似文献
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Tower, Spar platform and mooring system are designed in the project based on a given 6-MW wind turbine. Under wind-induced only, wave-induced only and combined wind and wave induced loads, dynamic response is analyzed for a 6-MW Spar-type floating offshore wind turbine (FOWT) under operating conditions and parked conditions respectively. Comparison with a platform-fixed system (land-based system) of a 6-MW wind turbine is carried out as well. Results demonstrate that the maximal out-of-plane deflection of the blade of a Spar-type system is 3.1% larger than that of a land-based system; the maximum response value of the nacelle acceleration is 215% larger for all the designed load cases being considered; the ultimate tower base fore-aft bending moment of the Spar-type system is 92% larger than that of the land-based system in all of the Design Load Cases (DLCs) being considered; the fluctuations of the mooring tension is mainly wave-induced, and the safety factor of the mooring tension is adequate for the 6-MW FOWT. The results can provide relevant modifications to the initial design for the Spar-type system, the detailed design and model basin test of the 6-MW Spar-type system. 相似文献
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TOGA—COARE强化观测期间,对赤道暖池区海流作了多种方法、多层次的观测;根据美国释放的漂流浮标不同时刻位置的资料,分别对赤道及其南、北海域的表层漂流状况作了计算分析,指出:从1°N向北存在单一的北向流;从1°N～1°S这个近赤道区域内为东向流;1°N～2°S区域为过渡区,以东向流为主,个别浮标出现涡旋状运动。2°S以南为一反时针运动的大涡旋。 相似文献
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《海洋技术学报》2024,(1)
随着海上浮式风机的大型化发展，针对漂浮式风机的一体化耦合分析越来越重要。本文利用Simo-Riflex-Aerodyn 仿真工具建立OC4-Deepcwind 漂浮式风机一体化耦合模型，分析计算时间步长、初始截断时间、弹性结构单元离散数等计算参数对模拟结果的影响，包括浮式基础运动、系缆张力、叶片受力等。结果表明：当计算时间步长为0.005 s、0.01 s、0.02 s 时，浮式风机的响应结果差别较小，而计算消耗时间相差较大，0.01 s、0.02 s 的计算时间分别是0.005 s的70%、37%。相同工况下，不同参量响应达到稳定所需时间不同，纵荡需要的时间较长，最长达200 s；不同工况下，同一参量达到稳定所需时间也不相同，切出工况需要的时间最短，较额定工况快约60 s。结构单元离散数对塔柱受力影响较小，对叶片变形影响相对明显，当叶片离散数目减小时，响应值增大12%。实际中应根据具体工况选择合理的计算时间步长、初始截断时间和弹性结构单元离散数量。 相似文献
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以超大型风力机(DTU 10 MW)为研究对象,对现有的大型(NREL 5 MW)无撑杆半潜浮式风力机支撑平台进行放大设计,用于支撑超大型风力机,基于气动-水动-伺服-弹性全耦合计算模型,根据设定的典型工况,使用FAST软件对超大型和大型无撑杆的半潜浮式风力机系统进行时域耦合分析,并依据计算结果对超大型和大型浮式风力机系统的运动响应和结构动力反应等特性进行对比分析。研究发现:半潜浮式风力机大型化后,气动荷载效应对风力机系统的激励作用更为突出,使得浮式平台运动由风荷载激励的低频共振反应比例增大,波频运动比例减小,这也导致由浮式平台低频运动激励的锚链张力反应增大。此外,高倍的飞轮转动频率对大型半潜浮式风力机叶片、塔架结构的激励作用较超大型半潜浮式风力机更为显著。 相似文献
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根据IEC61400-3设定工况,采用NREL开发的5 MW风机基础模型,应用FAST,以Aero-Hydro-Servo-Elastic耦合仿真技术对风机进行研究。对时域仿真得到的短期载荷,应用分块极大值法联合Gumbel分布外推计算风机极限载荷;以雨流计数法、线性累积损伤理论和S-N曲线为理论基础应用MLife软件,计算风机疲劳载荷。对比分析不同工况下浮式风机、近海单桩风机和陆上风机的极限载荷与疲劳载荷,进而探讨影响浮式风机动态响应的因素。结果表明,对于陆上风机和近海单桩风机,风是其主要载荷来源;而波浪是浮式风机主要载荷来源。对风机进行设计要根据特定海域统计的海洋气候条件,避免风机及其支撑结构的固有频率与波浪频率近似而产生共振;风机制造装配在一定误差范围内,质量不平衡对风机载荷几乎没有影响。 相似文献
19.
M. M. Ettefagh 《海洋工程》2015,29(6):891-902
Damage identification of the offshore floating wind turbine by vibration/dynamic signals is one of the important and new research fields in the Structural Health Monitoring (SHM). In this paper a new damage identification method is proposed based on meta-heuristic algorithms using the dynamic response of the TLP (Tension-Leg Platform) floating wind turbine structure. The Genetic Algorithms (GA), Artificial Immune System (AIS), Particle Swarm Optimization (PSO), and Artificial Bee Colony (ABC) are chosen for minimizing the object function, defined properly for damage identification purpose. In addition to studying the capability of mentioned algorithms in correctly identifying the damage, the effect of the response type on the results of identification is studied. Also, the results of proposed damage identification are investigated with considering possible uncertainties of the structure. Finally, for evaluating the proposed method in real condition, a 1/100 scaled experimental setup of TLP Floating Wind Turbine (TLPFWT) is provided in a laboratory scale and the proposed damage identification method is applied to the scaled turbine. 相似文献
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Experiment Study of Dynamics Response for Wind Turbine System of Floating Foundation 总被引：1，自引：1，他引：0
The floating foundation is designed to support a 1.5 MW wind turbine in 30 m water depth. With consideration of the viscous damping of foundation and heave plates, the amplitude-frequency response characteristics of the foundation are studied. By taking into account the elastic effect of blades and tower, the classic quasi-steady blade-element/momentum (BEM) theory is used to calculate the aerodynamic elastic loads. A coupled dynamic model of the turbine-foundation- mooring lines is established to calculate the motion response of floating foundation under Kaimal wind spectrum and regular wave by using the FAST codes. The model experiment is carried out to test damping characteristics and natural motion behaviors of the wind turbine system. The dynamics response is tested by considering only waves and the joint action of wind and waves. It is shown that the wind turbine system can avoid resonances under the action of wind and waves. In addition, the heave motion of the floating foundation is induced by waves and the surge motion is induced by wind. The action of wind and waves is of significance for pitch. 相似文献