中国海洋平台
  • 主管单位:中国船舶集团有限公司
  • 主办单位:中国船舶集团有限公司第十一研究所
  • 发行周期:双月刊
  • 快捷分类:石油、天然气类
  • 国际刊号:1001-4500
  • 国内刊号:31-1546
  • 创刊时间:1986年
  • 邮发代号:4-917
  • 出版地区:上海
  • 期刊开本:大16开
  • 出版单位:《中国海洋平台》编辑部
  • 发行单位:《中国海洋平台》编辑部
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    • 水平系泊下新型多层框架漂浮式光伏方阵动力响应特性

      蒋习民,王树青,苟洪顺,宋宪仓,魏宇豪

      2025(06):1-14, DOI: 10.12226/j.issn.1001-4500.2025.06.20250601

      摘要:

      提出一种新型多层框架漂浮式光伏结构,并根据其结构特性设计一套水平系泊-桩基锚固方案,建立漂浮式光伏方阵整体耦合模型,探究方阵在不同水位、不同环境载荷以及模块不同连接形式下的动力响应特性及系缆张力响应规律。结果表明,在水平系泊方案下漂浮式光伏方阵的纵荡/横荡运动响应不超过1.35 m,垂荡运动响应不超过0.50 m,横摇/纵摇运动角度不超过6.5°,系缆张力响应不超过110 kN,漂浮式光伏方阵在不同潮位下的六自由度运动幅值具有一定的差异,其差异最大百分比约54%。所设计的多层框架漂浮式光伏支撑结构及水平系泊-桩基锚固方案可较好地适应极浅水、大潮差环境条件。

    • 复杂海况下海上浮式风机动力响应试验

      朱彦祺,赵战华,匡晓峰,高阳,邬志佳

      2025(06):15-23, DOI: 10.12226/j.issn.1001-4500.2025.06.20250602

      摘要:

      为研究海上浮式风机在复杂海况下的动力响应,采用缩比模型水池试验方法研究不同波浪参数、流载荷、风载荷等因素对动力响应的影响。运用自编译的风力控制程序实现对风载荷非定常、间断加载特性的有效模拟,并与定常风载荷结果进行比较。试验结果表明:与定常风相比,采用脉动风载荷可进一步观测到脉动风场峰值对风机纵摇运动峰值的影响;当脉动风的风向保持180°不变时,受系泊系统约束的影响,在浪向发生变化时脉动风载荷的存在会显著增大横摇和纵摇运动的幅度,同时抑制纵荡、横荡和艏摇运动;当风载荷作用的影响大于流载荷及波浪作用时,风载荷引起的扭转作用会影响系泊缆张力分布;在一年一遇及五十年一遇海况下,塔筒力矩变化情况与作业海况下一致,横向力矩和横摇均随浪向增加先增大后减小,纵向力矩和纵摇则随浪向增加先减小后增大。

    • 基于CFD方法的半潜式浮式风机平台垂荡板水动力特性

      李达,付升雷,易丛,陈静

      2025(06):24-30, DOI: 10.12226/j.issn.1001-4500.2025.06.20250603

      摘要:

      为开展半潜式浮式风机平台的垂荡板水动力特性对比研究,基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法构建一种半潜式浮式平台和3种新型垂荡板构型及相应模型。开展不同几何构型垂荡板作用下的浮式风机垂荡、纵摇和横摇自由衰减试验,计算出各垂荡板下的浮式平台固有周期和阻尼系数,并与无垂荡板模型的仿真结果进行对比,确定最优的垂荡板构型。结合不同几何构型的涡量变化规律揭示各垂荡板的流场演化机理。结果表明:圆形薄板的面积、矩形薄板的边缘形状是提高半潜式平台阻尼系数的关键;HP3垂荡板构型对半潜式平台各自由度的运动固有周期和阻尼系数提升最大,为最优方案。相关结果可为半潜式浮式风机平台垂荡板的优化选型提供指导。

    • 海上半潜式风电平台整体拖航动态性能

      方剑虎,严心宽,傅东俊,樊天慧

      2025(06):31-35, DOI: 10.12226/j.issn.1001-4500.2025.06.20250604

      摘要:

      以某海上半潜式风电平台为研究对象,基于三维势流理论和叠模法,建立整体拖航数值模型,并在不同环境工况下对海上半潜式风电平台整体拖航进行时域动态响应分析。结果表明,该风电平台的主要运动性能均满足要求,且2根拖曳缆均匀受力,说明该拖航方案的有效性,可为工程项目提供一定的参考。

    • 仿生草对海上风电桩基的冲刷防护效果

      徐成根,江海涛,孙德成,张锋,宋立楠,景洲,崔俊杰,陆南辛,郇彩云,李岩,林斌,王艺荣,崔晓晓,付国庆,杜贤青

      2025(06):36-42, DOI: 10.12226/j.issn.1001-4500.2025.06.20250605

      摘要:

      提出一种海上风电桩基冲刷防护装置,该装置应用新型仿生草材料。通过老化试验对仿生草耐久性及使用寿命进行预测。结果表明,该材料在海洋温度的影响下使用寿命为34~37 a,满足使用要求。为了解仿生草在海底环境下的真实状态,选取某海上风电场10号和14号风机进行防冲刷试验,并对海上风电单桩基础进行多波束扫测监测。通过现场数据分析得出,仿生草冲刷防护装置防护效果良好,可有效解决海上风电桩基冲刷问题。与传统防护相比,仿生草具有铺设简单、成本低、后期维护成本低等优点,对冲刷防护治理及后续研究具有重要的工程应用意义。

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    • 海上风电单桩基础累积变形简化计算方法

      常雪凝,马宏旺,邓雅文

      2023(01):90-97, DOI: 10.12226/j.issn.1001-4500.2023.01.20230114

      摘要:

      在海上风电单桩基础设计中,为获得可用于工程实践的单桩累积转角简化计算方法,开展室内模型试验,分别获得台风循环载荷和长期小幅值循环载荷情形下计算单桩累积转角的经验公式。在此基础上进一步建立单桩累积转角简化计算方法,并以南海北部近海海域的工程实例为例,详细说明海上风机单桩基础累积转角的计算流程,根据该海域的风浪特征确定计算公式中与场地相关的参数取值,得到适用于该地区的单桩累积转角计算公式。

    • 基于模糊故障树的水下生产系统可靠性分析

      柳梦雪,胡忠前,刘健,刘超,肖文生,胡安斌

      2023(01):70-76, DOI: 10.12226/j.issn.1001-4500.2023.01.20230111

      摘要:

      开展基于模糊故障树的水下生产系统可靠性分析。分析水下生产系统的工作原理和结构组成,自上而下建造故障树模型;采取上行法对系统进行定性分析确定最小割集;利用梯形模糊数对系统进行模糊定量分析,得出系统模糊失效概率和基本事件模糊重要度。通过分析结果可找出系统的薄弱环节,对其采取措施进行重点防御保护和定时监测维护,也可指导水下生产系统的优化改进。

    • 水下机器人水动力参数CFD计算及操纵性预报

      王庆云,韩明勇,常开应,丁海旭,吴玉玮

      2023(01):50-56, DOI: 10.12226/j.issn.1001-4500.2023.01.20230108

      摘要:

      以微小型水下机器人为研究对象,采用计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)数值模拟方法开展机器人阻力的数值模拟,并将摩擦阻力因数Cf与第8届ITTC推荐值进行对比验证,提出一种无动力带桨水下机器人水动力参数CFD计算方法。利用此方法,基于航行力学基本原理,采用定常计算方法开展微小型水下机器人斜航、操舵直航试验数值模拟,采用全局网格运动方法开展回转拘束模型试验数值模拟,获取机器人位置导数、舵导数和旋转导数,并完成该机器人的操纵性能预报,为机器人的总体设计和控制参数的选取奠定基础。

    • 脐带缆铠装钢丝径向屈曲失效数值模拟及参数敏感性分析

      张慧甍,杨钰城,杨志勋,王立夫,郭一柱,刘志杰

      2023(01):30-36, DOI: 10.12226/j.issn.1001-4500.2023.01.20230105

      摘要:

      针对海洋工程脐带缆铠装钢丝径向屈曲失效,建立三维简化有限元模型进行螺旋缠绕结构的径向屈曲模拟分析。以我国某海域典型脐带缆为例,得到单倍螺距下单根铠装钢丝径向屈曲失效临界载荷。探究不同敏感参数对单根铠装钢丝临界屈曲载荷的影响,发现铠装钢丝螺旋角度、截面惯性矩、螺旋缠绕半径与临界载荷分别大致呈抛物线形、线性、负指数关系,该结论可为脐带缆铠装抗屈曲设计提供参考。同时发现,通过单根铠装钢丝临界载荷累加的方式可近似得到相应根数螺旋铠装钢丝的临界屈曲载荷,该载荷可作为求解真实脐带缆单层铠装径向临界屈曲载荷的保守估算值。

    • 深吃水圆筒型核能平台水动力特性与运动响应性能

      王梓,何炎平,张伟,刘亚东,曾敏,秦程明

      2023(01):1-8, DOI: 10.12226/j.issn.1001-4500.2023.01.20230101

      摘要:

      深吃水圆筒型核能平台的设计吃水与主体直径相近,主尺度特征有别于现有圆筒型海工平台。为探究其性能特点,针对深吃水圆筒型核能平台的水动力特性和时域运动响应展开计算研究。采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法模拟平台横摇和垂荡自由衰减,并基于二次阻尼模型计算相应阻尼因数;基于势流理论计算平台响应幅值算子(Response Amplitude Operator,RAO)和固有周期,并结合南海典型海况对平台的运动响应性能和适用性进行分析评估。结果表明:深吃水圆筒型核能平台垂荡、横摇和纵摇固有周期均长于常见波浪周期;平台纵荡运动主要受二阶波浪载荷影响,低频特性明显;垂荡和纵摇运动受自身固有频率影响较大,垂荡同时表现出波频特性。深吃水圆筒型核能平台总体运动性能良好,适应南海海况,所得结果可为工程应用提供相关参考。

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    • 不同增强层设计下海底输氢复合管拉伸力学性能分析

      刘方, 陈峰, 王鑫, 李睿, 陈秋和

      2020(01), DOI:

      摘要:

      面向深远海风电制氢外输需求,海底输氢复合管在铺设安装与悬空跨越等拉伸工况下的失效机制尚不明确,制约了其结构优化设计与制造质量管控。为此,考虑增强层材料各向异性特征,建立包含内衬、阻隔及增强层等多层结构的有限元模型,并经足尺轴向拉伸试验验证,系统探究了纤维缠绕角度、层数及模量波动对管道轴向刚度与极限承载能力的影响。结果表明:模拟与试验结果吻合良好;因各层模量差异,阻隔层率先屈服制约着管道的弹性极限,增强层则主导极限承载能力;管道轴向刚度及承载力随缠绕角度和层数的增加显著提升;拉伸性能对纤维方向模量E1表现出线性正相关的高度敏感性,而横向模量E2的增益效果存在边际效应递减特征。

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    • 深海系泊可膨胀鱼雷锚抗拔承载性能研究

      李明, 张应奎, 王丽艳, 尹崇山, 沈睿, 邓新龙, 张扬

      2020(01), DOI:

      摘要:

      海洋资源的开发已逐步采用适用性更强的浮式平台,浮式平台常用锚固基础来系泊,鱼雷锚是一种新型动力安装锚,具有安装简单、周期短和经济成本低等优势,但仍存在承载力不足的缺陷,从而提出一种内含膨胀气囊的新型鱼雷锚,提高传统鱼雷锚的抗拔承载性能。基于先进的透明土模型试验技术开展了可膨胀鱼雷锚抗拔承载力测试,观察可膨胀鱼雷锚在土体中气囊膨胀和拉拔的全过程,初步证实了可膨胀鱼雷锚应用的可行性;之后采用Abaqus软件模拟试验模型,验证数值分析方法的可靠性,并针对气囊不同设置形式,分析砂土中可膨胀鱼雷锚基础在不同埋深下的竖向拉拔承载力,得出气囊包围锚体下半部分是最优的设置方式。

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    • 高低温循环作用下碳纤维修复管道力学性能衰减预测

      解佳榕, 张思迅, 王业涛, 张玉

      2020(01), DOI:

      摘要:

      为量化高低温循环下CFRP修复钢管道的长期力学退化规律,本文提出一种基于材料耐久性系数(MDF)的性能衰减预测方法。通过不同温度区间与循环次数下CFRP试件及CFRP-钢界面的拉伸试验,系统获取了界面承载力退化数据;引入MDF系数,以无量纲形式表征温度循环对CFRP层板与胶层的综合损伤,拟合得到性能退化曲线并经独立试验验证。进一步将经MDF折减的材料参数嵌入有限元模型,模拟不同循环条件下修复管道的力学响应,数值结果与试验误差小于5%。研究表明,所提基于MDF的建模方法无需复杂损伤本构即可有效预测修复结构性能退化,具有参数少、便于工程应用的优势,可为高低温循环环境下CFRP修复钢管道的剩余强度评估提供可靠工具。

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    • 漂浮式光伏多体耦合响应研究

      黄宣军, 任修迪

      2019(4):93, DOI:

      摘要:

      为深入研究风、浪、流作用对小型浮体方阵的影响,解决动态环境下漂浮式光伏多体耦合运动的稳定性问题,基于势流理论,依据现实海洋环境,采用数值分析方法,对漂浮单体模块展开了频域水动力分析,同时设计120组工况对光伏方阵展开时域耦合运动分析;研究工作获得了漂浮式光伏在风浪流联合作用下的运动机理。结果表明:光伏单体的固有周期与风浪的周期相近,且光伏单体的运动衰减系数较小,当其产生运动后,恢复静止的能力相对较差;漂浮式光伏单体横摇运动产生的平均漂移力显著高于其他各向运动产生的漂移力,且其对90°方向来浪作用尤为敏感;漂浮方阵中光伏单体模块的纵荡运动最大值始终出现在#1号,且在每个实验周期内其纵荡运动一直保持在较大值。

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    • 极端风速下风力机叶片-塔筒相干流动对塔筒气动载荷的影响

      齐海林, 徐文浩, 高震

      2019(4):87-92, DOI:

      摘要:

      我国沿海地区台风频发,极端风速导致风力机叶片和塔筒的气动载荷显著高于额定工况,甚至突破其设计极限,易引发风力机损毁事故。为研究风力机在极端风速、停机顺桨工况下的整机和塔筒气动载荷分布特性,本文以IEA 15MW风力机为研究对象,基于计算流体力学方法,探究不同风速和偏航角对风力机整机及塔筒气动载荷的影响。计算结果表明:在无偏航角的Y型停机工况下,流向力和俯仰弯矩与平均风速的二次方近似呈线性关系,且塔筒部位的气动载荷显著高于上部风轮;塔筒气动载荷沿高度的分布受风切变及前置叶片非对称尾流的影响,导致塔筒表面压力在侧向分布不对称,叶片-塔筒相干流场在Y轴方向上呈现非对称现象;在极端高风速且存在偏航角的条件下,应将叶片极限承载能力纳入设计考量;偏航角的存在会加剧塔筒表面压力分布的非对称性,对分离点的位置、流向力系数及侧向力系数沿高度的分布产生较大影响。

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    • 半潜式风电平台垂荡舱尺寸设计分析

      王雨, 申辉, 罗翔, 刘伟

      2019(4):78-86, DOI:

      摘要:

      半潜式风电平台的垂荡舱能够有效抑制平台的垂荡以及垂荡与纵摇耦合运动,提高平台总体性能。以某三立柱-垂荡舱结构型式的半潜式风电平台为研究对象,基于势流理论开展垂荡舱尺寸变化影响因素研究,结果表明:当立柱间距和垂荡舱直径的比值大于2时,在长周期波浪条件下,三立柱平台的垂荡附加质量基本上与单立柱平台的垂荡附加质量呈倍数关系;采用薄壁垂荡板结构,平台总体附加质量与平台排水量的比值有最大值,而综合建造安装便利性和压载舱人员进入安全性考量,建议钢结构型式的垂荡舱高度取2.5m;垂荡舱直径与立柱直径的比例越大,对提升平台总体附加质量越有利,研究结果为半潜式平台设计选型阶段尺寸设计提供了参考依据。

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    • 海上风电结构组合阻尼系统试验研究

      高寒, 马宏旺, 陈昱霖

      2019(4):72-77, DOI:

      摘要:

      本文针对海上风电整体结构阻尼比低,容易发生疲劳破坏以及在极端环境下容易破坏的问题,提出了一种粘弹阻尼与颗粒阻尼相结合的新型阻尼装置,来增加结构整体阻尼比。为了验证该阻尼装置的有效性,本文以一单桩基础支撑的10MW 海上风电结构为背景,设计1:100缩尺模型试验。通过自由振动试验测试不同设计参数下该阻尼装置提示阻尼比的效果。试验结果表明该复合阻尼装置可有效提高海上风电结构整体阻尼比,相比不设置阻尼器情况提升幅度达161.2%,对传统固定质量的粘弹性阻尼器的阻尼增幅61.5%。研究成果表明该复合阻尼装置在提升结构阻尼性能方面的可行性与工程应用潜力,为海上风电结构抗疲劳损伤以及在极端环境荷载作用下的振动控制提供有效技术支撑。

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    • 海上平台管路智能布置系统设计与开发

      李喆, 阎奕辰, 王顺森, 钱欣, 程上方, 高国强, 郝铭

      2019(4):65-71, DOI:

      摘要:

      为解决海洋石油平台管路布置存在的设计难度大、周期长、操作维修性差等问题,开发了一款基于A*算法与AnyCAD开源平台的海洋石油平台管路智能布置系统。首先,建立了平台管路布置空间与规则的参数化模型;其次,通过重新设计A*算法的代价函数(考虑材料成本与运行成本的当前移动代价改进、融合剩余路径最小弯头数的预测移动代价改进、代价函数的动态加权改进、引入能量代价项)、改进open表结构等方式,构建了一套适用于平台管路智能布置的寻径优化算法;最后,基于AnyCAD三维图形平台研发了平台管路智能布置系统,并将本文所提出的改进A*算法和传统A*算法进行仿真对比实验。结果表明:本方法可以在复杂狭小的布置空间内快速搜寻到满足相关布置规则的最佳管路路径,与传统A*算法相比,本方法得到的管路长度和弯头数分别减少了19.3%与62.5%,求解时间缩短了53.8%。新方法在求解效率、布置方案的合理性等方面具有明显优势。开展海洋石油平台复杂管路自动化布置方法研究对提高海洋石油平台设计品质、缩短平台的设计周期具有重要的指导意义和实际应用价值。

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    • 基于智能化统计的海上油田井口数据库建设

      陶富云, 张哲, 师壮明

      2019(4):59-64, DOI:

      摘要:

      海上油田的油井投用过程中,存在各种风险,如:电潜泵过载损坏、原油泄漏、地层破裂等。为精准统计分析井口的各种工况,保障安全生产,需要研发一套海上油田井口智能数据库(简称:井口智能数据库)。井口智能数据库通过油嘴开度、油压、套压、井口温度、井底流压、井底流温、电潜泵频率等统计数据的变化关系来分析风险,将统计分析逻辑录入到井口智能数据库中实现智能判断,当出现异常工况时,井口智能数据库对将出现的风险进行排查提示现场人员,使现场人员有充足时间对异常工况进行套压核实、处理,以达到避免安全事故的目的。通过对随机抽取的井口进行分析,证明此逻辑可以对井口参数进行分析,准确排查风险。研究井口智能数据库旨在通过科技手段,提升海上油田井口数据统计分析的智能化水平,实现资源的优化配置和高效利用,保障井口设施安全生产

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    • 筒型基础及机组整体浮运拖航试验与原型监测

      郭耀华, 张欣伟, 孟令乾, 王海军, 李家乐, 练继建

      2019(4):53-58, DOI:

      摘要:

      为确保海上风电筒型基础及机组整体浮运期的安全性,设计制作了缩尺比为1/50的筒型基础-机组-安装船舶组合体模型,进行了筒船组合体模型拖曳水池的拖航模型试验,研究了在拖航过程中吃水深度、航速、波高等单一要素变化下筒船组合体的横摇角、纵摇角及垂荡加速度等指标变化规律;继而,基于模型试验得到的浮运期关键控制指标限制及控制策略,对某次实际工程中单台筒型基础及机组整体浮运过程进行了全程监测,检验了该筒型基础整体浮运方法的可行性与安全性。研究及监测结果表明:在不超过设计吃水的情况下,吃水越大、航速越低、波高越小,整体稳性越好;其中波高对稳性的影响相对较大,而吃水和航速的影响程度较小。“筒船一体浮运”模式在实际复杂海况条件下,能够保持良好的整体性,动态响应指标均小于要求限制;单台基础与船舶整体浮运期,接近设计吃水6m、波高小于2.5m、航速5节以下情况下,可保持纵横摇角度小于0.5°;可满足筒型基础及机组整体浮运期稳定性要求。

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    • 海洋防污技术在海上漂浮式光伏的应用与展望

      曹轶, 周业程, 施钰佳, 何春涛, 潘浙锋, 陈丽萍

      2019(4):45-52, DOI:

      摘要:

      在能源低碳转型趋势下,海上漂浮式光伏因高效利用海洋空间及海水冷却增效等优势快速发展,但海洋生物附着引发的运维成本激增制约其规模化发展,本论文综述传统与新型防污技术的研究现状,分析其在海上漂浮式光伏上的适用性。传统化学防污方法虽短期效果显著,却面临环保隐患;物理防护手段虽生态友好,但受限于高能耗与作用范围。新型技术聚焦环境友好型,通过物理脱附、生物仿生、光催化分解等策略,显著降低生态干扰,然而其长效性、环境适应性及成本效益仍需突破。未来发展需整合跨技术协同、开发新型材料、构建智能运维系统,并针对不同海域设计差异化方案,以提升防污全生命周期效能,实现海上漂浮式光伏经济、可靠与生态兼容的平衡。

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    • 反向剪切流作用下海洋立管涡激振动特性分析

      刘晓雨, 桑松, 张锦涛, 杜友威

      2019(4):37-44, DOI:

      摘要:

      为探究内孤立波诱导产生的双层剪切流对海洋立管涡激振动的影响,通过切片法并结合自编译程序,建立流体域和立管结构双向耦合的准三维数值模型,开展上下层流速对称分布的双层剪切流作用下立管涡激振动特性的数值模拟研究。对准三维数值模型的准确性进行验证后,研究了立管的质心运动轨迹、横流向上的振动响应历时云图、振动频率和漩涡脱落模式。结果表明:随着流速增加,立管在横流向与顺流向上的振动幅值均增大,当立管顶部最大流速为0.50 m/s时,横流向与顺流向的无量纲位移最大值分别为1.0和1.6,且都出现在10号切片位置处;立管横流向振动由低流速下的2阶振型向3阶振型转换,并表现出明显的多模态和宽频振动特征;靠近两端的切片区域出现稳定漩涡脱落,而中部低流速区的泄涡不稳定。可见,流速对称分布的双层剪切流下立管的涡激振动具有显著的空间非均匀性和多模态耦合特性。

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    • 基于静力学和动力学分析的海上风电打桩优化分析

      徐良华, 刘俊俊, 朱鹏飞, 胡仁凯, 沈佳轶

      2019(4):30-36, DOI:

      摘要:

      针对海上风电工程打桩过程中桩基承载力问题,本文以江苏某海上风电大直径钢管单桩为研究对象,采用静力学和动力学相结合的方法,开展桩基承载力和可打性分析研究,确定桩锤额定能量优选方案。主要结论如下:(1)桩端阻力占总阻力的22.74%,该桩为摩擦桩;(2)溜桩现象仅出现在钢管桩沉桩过程,打桩阶段未出现溜桩现象;(3)静力学分析得到的桩基承载力高于动力学模型;(4)通过桩锤额定能量敏感性分析,得到了不同桩径对应的最优桩锤额定能量曲线。研究成果可为该海域溜桩风险预测与打桩设备选型提供理论支撑。

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    • 高海况下波浪滑翔器水翼载荷特性与疲劳寿命分析

      黄毫军, 吴富民, 木建一, 刘银泉, 朱坤

      2019(4):24-29, DOI:

      摘要:

      针对波浪滑翔器水翼在高海况下面临的结构强度与疲劳寿命挑战,开展其载荷特性与疲劳性能研究,为可靠性设计提供依据。基于Airy线性波理论计算不同海况下水翼的垂向载荷;建立复合材料水翼的精细化有限元模型,分析其在1500N极限载荷与1100N周期载荷下的应力响应与应变分布;采用应力-寿命法预测其疲劳寿命,并通过多级加载疲劳试验(最高载荷1323N,累计245万次循环)对仿真结果进行验证。研究结果表明:水翼结构在极限载荷下强度裕度为61%,在3~4级海况下疲劳寿命超过12个月,在8级海况下寿命可达1.18个月;疲劳试验后结构完整,无损伤。仿真与试验结果高度一致,验证了水翼设计满足高海况长期服役要求。本研究形成了一套完整的结构可靠性评估方法,对同类海洋装备设计具有参考价值。

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    • 波浪滑翔机拖曳系统设计及水动力响应分析

      姜秀坤, 王鹏, 赵启伟, 田新亮, 温斌荣

      2019(4):20-23, DOI:

      摘要:

      摘 要: 为提高波浪滑翔机拖体姿态在复杂海况下的稳定性,对波浪滑翔机拖曳系统的水动力响应进行了优化设计研究。基于OrcaFlex建立多参数耦合动力学模型,选取拖缆长度、缓波段长度及浮子–沉子数量为研究对象,在多种波浪工况下开展仿真分析。结果表明:拖缆长度增加可有效抑制拖体垂荡与纵摇并降低拖体阻力,但伴随拖缆阻力增大及双峰效应出现,10 m为综合最优长度;缓波段长度对拖体姿态影响显著,其中3.5 m为最优配置,在抑制拖体垂荡与纵荡的同时降低拖曳系统阻力;浮子–沉子数量增加虽然会增大拖曳系统阻力,但5对配置可明显改善拖体运动的稳定性。由此可见,在拖缆长度、缓波段长度和浮子–沉子数量之间实现优化协调,可显著提升拖体运动稳定性并降低拖曳系统阻力,为波浪滑翔机高精度、低干扰海洋探测提供理论支撑。

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    • 极浅水环境下自升式平台波浪荷载试验与数值研究

      林瞳, 徐晨峰, 王醍, 周佳, 钟宏鸣

      2019(4):14-19, DOI:

      摘要:

      针对四桩腿自升式平台,对比采用水池模型试验和数值仿真方法,研究极浅水环境下其分别在漂浮状态和插桩抬升状态下波浪特性。漂浮状态下,平台主体承受波浪荷载,水平波浪力随着波浪周期增大而增大,数值结果与水池模型试验结果吻合较好;平台承受波浪弯矩值方面,试验结果明显大于数值结果,这是由于极浅水环境下长波传播不均匀导致的。插桩抬升状态下,Morison经验公式结果严重低估桩腿受到的波浪力,数值结果与水池模型试验结果吻合较好,这是由于波浪传播至极浅水环境,波浪形态逐渐从规则波向翻卷破碎波转变,破碎波砰击到桩腿上会出现瞬时高压强峰值,砰击过程伴随着复杂的流动分离与局部涡流效应,传统的线性与非线性波浪理论无法准确估计破碎波浪特性。

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    • 漂浮式光伏系泊系统缆绳张力响应分析

      张泽成, 张鹏宇, 王海洋, 赵金涛, 何毓龙, 孙鑫

      2019(4):6-13, DOI:

      摘要:

      为深入研究海洋荷载对漂浮式浮体方阵的影响,从而掌握动态环境下漂浮式光伏系泊系统的系缆张力随荷载的变化规律。本文基于质量集中法,依据现实海洋环境,结合数模实验结果,设计了不同水深条件下风、浪、流荷载组合作用工况,通过物模实验方法对系泊缆绳张力响应结果进行分析,获得了系泊系统在风浪流联合作用下的缆力变化规律。结果表明:风、浪、流三种荷载作用中缆绳张力大小对流荷载的强度变化更为敏感;浮体方阵系泊缆绳的张力对90°方向荷载组合作用响应更敏感;数模计算方法可用于此类问题的风、浪、流荷载计算。

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    • 错列双圆柱立管结构涡激振动特性分析

      陈昱筱, 桑松, 宋艳, 杜友威

      2019(4):1-5, DOI:

      摘要:

      目前海工领域错列多圆柱情况经常出现,但所引起的涡激振动现象非常复杂,产生机理并不清晰,对于错列圆柱在不同参数条件下的涡激振动研究相对较少。为深入探讨间距比与来流角对错列双圆柱振动特性的影响,基于计算流体力学建立了双圆柱流固耦合模型,采用重叠网格技术与用户自定义函数实现动态网格更新,并结合SST k–ω湍流模型对不同工况进行了数值模拟。结果表明:当间距比 =3时,两圆柱间的流体干涉效应最强,升阻力系数差异明显;随着间距比增大,干涉作用逐渐减弱,振动特性趋于稳定。当来流角α =15°时,上下游圆柱振动响应差异显著;而角度增大至75°时,系统特性逐渐接近孤立圆柱,运动轨迹趋于对称,尾涡脱落更加规律。研究结论可为海洋立管及多圆柱结构的防振设计与布置优化提供理论参考。

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    • 基于信息融合的钢悬链线立管疲劳强度在线评估

      李英, 郭云卿, 杨杰

      2005,20(3):35-39, DOI:

      摘要:

      深水钢悬链线立管(SCR)在复杂的环境载荷下与浮体耦合运动,亟需实现其全寿命周期运动响应的精确预测。本文提出了一种基于信息融合的实时预测SCR运动响应与弯矩并应用于SCR疲劳损伤估计的方法。该方法利用由全球定位系统(GPS)实时测得的立管悬挂点位置、立管底部锚固点的已知坐标,以及沿立管布置的数值传感器数据,将理论解析模型与传感信息融合,推导出基于节点倾角的SCR位移与弯矩解析解,并构建实时预测算法。该算法的有效性通过与数值模拟结果对比得到验证。为提高预测的精度,进一步优化数值传感器的布置方案。此外,基于雨流计数法与Miner理论实现了触地点疲劳损伤的实时评估,为深海立管的监测与风险评估提供了技术支撑。

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    • 含止裂器CO2海底管道裂纹扩展及止裂特性

      王德军, 刘瑞昊, 李琰程, 冯现洪, 彭增利, 向涛, 王顺庭

      2005,20(2):6-11,24, DOI:

      摘要:

      CO2管道输送是实现CCUS(Carbon Capture, Utilization and Storage)技术的关键途径。由于CO2特殊的减压特性及高压输送工况,管道极易发生长程裂纹扩展,且海底环境也会进一步影响裂纹动态扩展特性。安装止裂器是实现CO2管道断裂控制的有效手段。基于试验结果对GTN模型损伤参数进行有限元反演标定;建立了耦合损伤参数的CO2管道数值模型,结合爆破试验验证了模型有效性;研究了止裂器对CO2管道裂纹扩展及止裂特性的影响。结果表明:GTN模型可准确模拟CO2管道材料的断裂行为,数值模拟结果与试验数据吻合良好;随止裂器长度和厚度增加,管道裂纹扩展速度变慢,更容易止裂,即止裂器长度和厚度对CO2管道裂纹扩展特性的影响具有负相关性;止裂器安装位置距离初始裂纹越远,管道裂纹扩展速度越快,越不易止裂;同时,止裂器存在临界长度与有效作用距离,超过临界值后止裂器对裂纹扩展及止裂特性的影响极小。相关结论为CO2海底管道断裂控制提供有益参考。

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