浅海浮式风机悬链系泊及水平截断模型的设计与分析

论文摘要

我国沿海海域水深较浅,浅海浮式风机的研究价值日益凸显。系泊是浮式风机的重要组成部分,在进行缩尺风机实验时,一般的实验水槽很难满足缩尺后的系泊缆尺寸,需要对原型系泊缆进行等效截断。目前对于系泊的研究,主要集中在深海区域以及大于200 m水深的海域。浅海系泊,尤其是对于小于100 m水深的浅海,由于水深较小,存在回复力小,容易过度张紧,疲劳损伤严重等问题,具有一定特殊性。本文以DeepCWind半潜式浮式平台以及NREL-5MW风机为例子,通过对比选择合适的计算模型,设计出50 m水深下的原型系泊,并对其进行水平截断同时分析验证截断效果。针对三种计算模型,通过不同工况进行模拟对比,提出集中质量法更适合用于系泊设计。采用准静定法、集中质量法、有限单元法三种系泊计算模型,在稳态风、规则波等多个工况下进行模拟对比,考虑到计算准确性,计算效率等方面,最终选定集中质量法作为系泊计算模型。针对浅海系泊的特殊性,选择50 m水深海域工况,完成了系泊设计,其在造价、抗疲劳性、对平台位移的约束能力方面均有良好表现。选择六根系泊缆对称分布,采用湿重更大的锚链作为系泊缆材料,参照规范对系泊的张力特性,疲劳损伤进行检验,设置了疲劳,造价,对浮式平台位移约束能力三个单目标,通过模式搜索法分别进行优化设计。根据各个目标相对于初始值的优化比例以及浅海系泊特性进行选择。根据浅海系泊设计结果,进行了水平截断设计,截断效果良好。根据实验水槽宽度尺寸,确定锚点到导缆孔的水平距离,采用单一系泊缆材料,将系泊纵荡方向刚度、竖向回复力、1号系泊缆张力、纵荡方向阻尼系数多个目标加权组合,通过遗传算法进行优化。优化结果在自振周期、规则波、不规则波下的表现是令人满意的。

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第1章绪论

1.1 课题来源及研究的目的与意义

1.1.1 课题来源

1.1.2 研究目的与意义

1.2 国内外研究现状及分析

1.2.1 系泊缆计算模型研究现状

1.2.2 浅海系泊缆设计研究现状

1.2.3 系泊缆等效截断模型研究现状

1.3 主要研究内容

第2章系泊计算模型的准确性分析

2.1 引言

2.2 系泊计算模型原理

2.2.1 准静定法

2.2.2 集中质量法

2.2.3 有限单元法

2.3 不同工况下模拟结果的对比

2.3.1 实验模型的建立

2.3.2 分析三种计算模型准确性

2.4 本章小结

第3章浅海原型系泊设计

3.1 引言

3.2 系泊缆设计要求

3.3 系泊缆布置形式与材料的确定

3.4 设计工况

3.5 优化模型

3.5.1 优化变量

3.5.2 目标函数

3.5.3 优化流程

3.6 优化结果

3.7 本章小结

第4章系泊缆水平截断设计

4.1 引言

4.2 阻尼计算原理

4.3 截断选型

4.4 优化模型

4.4.1 优化变量

4.4.2 截断目标

4.4.3 优化流程

4.5 优化结果

4.6 截断系泊性能分析

4.6.1 自由衰减

4.6.2 规则波

4.6.3 不规则波

4.7 本章小结

结论

参考文献

致谢

文章来源

类型: 硕士论文

作者: 钟驰

导师: 李朝

关键词: 浮式风机,悬链系泊,浅海,优化设计,水平截断

来源: 哈尔滨工业大学

年度: 2019

分类: 基础科学

专业: 海洋学

单位: 哈尔滨工业大学

基金: 深圳市基础研究学科布局项目(JCYJ20170811160652645)“浮式海上风机的平衡及振动控制系统研究”,深圳市基础研究项目(JCYJ20170302143625006)“台风场非平稳风作用下风机结构动力响应特性及破坏机理研究”

分类号: P75

DOI: 10.27061/d.cnki.ghgdu.2019.000908

总页数: 81

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