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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    • 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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    • 风浪作用下浮式风机平台极限响应的联合概率分析

      张永胜, 刘桐, 庞亮

      2020(01), DOI:

      摘要:

      为保证浮式风机在服役期内的正常运行,需对浮式风机平台的长期极限响应进行评估。基于我国广东某海域10年波浪后报数据,利用逆二阶可靠度法选取环境工况,同时考虑环境载荷的方向性,模拟5 MW-csc浮式风机平台短期极值计算,并以此计算浮式风机平台100年重现期的长期极限响应,研究浮式风机平台长期极限响应随风浪夹角变化的规律。研究结果表明:在该海域下,可以用广义极值分布来描述最大系泊张力的短期分布,相比于谱峰周期,有义波高对平台长期极限响应的贡献更大,风浪异向也会影响平台的长期极限响应,特定海域,尤其是风浪夹角多变的海域,需单独讨论风浪异向时的影响。

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    • 波浪作用下柔性浮圈动力响应模型试验研究

      李刚, 张显涛, 刘博, 崔少云, 陈杨明, 刘旭东, 张一帆, 刘瀚昱, 付登锋

      2020(01), DOI:

      摘要:

      为探究大型柔性浮圈结构在波浪中的结构变形与运动响应规律,在拖曳水池中针对规则波与不规则波波况开展了模型试验。浮圈模型通过四根钢缆水平固定于拖车上,利用Qualisys系统捕捉浮圈上若干测点的位置信息,并通过单分力传感器采集系泊力,同时记录了模型附近水域的波面变化。试验分析了规则波作用下浮圈不同位置的垂向与纵向运动的幅值响应算子,并对不规则波作用下浮圈的运动与变形进行了频谱分析。此外,还对系泊力在规则波与不规则波中的响应特性进行了探究。研究发现,模型背浪侧波高明显低于入射波。浮圈弹性变形在不同频率下表现出不同的模态。浮圈垂向运动响应谱显示迎浪端幅度大于背浪端,而侧边点最小。系泊缆张力谱在低频段随入射波频率增加而减小,且存在高于波频的第2个峰值。该研究为了解大型柔性浮圈在不同波浪条件下的运动特性和水动力响应提供了参考。

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    • 海洋模块钻机固控系统防共振优化设计

      杨肖龙

      2020(01), DOI:

      摘要:

      针对海洋平台模块钻机固控系统共振问题,以南海某HZJ450模块钻机为研究对象,结合经典结构动力学理论,根据模块钻机振动筛甲板支撑结构特点,通过模态分析、谐响应分析以及瞬态响应分析相结合的方式,构建了一套适合实际工程应用的结构动力分析流程,并根据计算结果针对性的改进结构设计,降低结构速度和加速度响应,达到工程标准要求,减少共振发生的可能性,该平台模块钻机已完成投产应用,效果良好,进一步验证了分析方法的可靠性,为海洋平台模块钻机结构动力分析提供重要参考,并可推广至海洋工程用于大型振型设备与结构设计。

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    • 浮式光伏平台柔性连接件的应用研究

      董旭, 霍玉前, 张杰, 刘银华

      2019(4):93, DOI:

      摘要:

      连接件是海上漂浮式光伏平台的关键部件,其连接强度和调整性能影响模块化浮式平台的动力响应;针对搭载光伏的模块化平台的连接问题,提出了一种新型的柔性连接件概念模型;根据新型柔性连接件的结构组成,对各个外接弹簧进行取权,得到附加刚度实现对连接件各向刚度精确调整,结合浮式平台动力学、连接件及海域模型进行模拟仿真,通过调节不同的附加刚度,得到第一块模块单元的时历响应及连接件主轴的极值载荷。研究表明:高附加刚度能减小连接件主轴的剪切极限载荷,但会增大主轴的拉压极限载荷值;当附加刚度为105N/m时,模块平台的垂荡振幅与无附加相比平均降低了67%,极大降低了模块平台单元的垂荡振幅。

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    • FPSO可解脱内转塔单点浮筒吊装框架结构设计

      刘帅

      2019(4):87-92, DOI:

      摘要:

      南海奋进号FPSO执行国内首次跨区域移位再利用,需要对内转塔单点系泊系统进行利旧改造和设计校核。以可解脱式单点浮筒吊装框架为研究对象,以极限状态方法为校核准则,进行相关工况分析;对比分析实体单元、梁单元和梁连接三种螺栓模型;建立有限元分析模型,分析吊装结构强度。结果表明:梁连接螺栓模型在吊装框架结构分析中适用性好;吊装框架整体结构强度满足设计要求。所建立的分析方法可为可解脱式单点吊装框架结构设计提供参考。

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    • 单桩式海上风机法兰螺栓连接失效行为分析

      刘本玉, 郭建勋, 李艳辰, 吴欣炎, 刘福顺

      2019(4):78-86, DOI:

      摘要:

      针对风机法兰连接处高强螺栓失效影响结构安全运行的问题,以我国江苏如东某风电场4 MW单桩式风机为原型,建立含有螺纹的局部法兰结构和考虑法兰连接结构的整体风机模型,开展局部法兰结构在偏心载荷下的摩擦耗散能变化规律以及极限状态下的失效行为研究,然后通过整体风机模型探讨其不同位置处螺栓松动数量、比例与结构承载力之间的关系。分析结果表明,局部法兰螺栓结构的敏感松动位置位于近加载端的第一圈接触螺纹,极限破坏形式为螺帽与螺杆未旋合部位发生断裂破坏;对于整体法兰模型,结构承载力随受拉侧螺栓松动数量增加呈现先降低后趋于平缓的趋势,法兰分离量对于受拉侧螺栓的初始松动较为敏感。

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    • 缓波形柔性立管多目标构型一体化优化设计

      蒋昌委, 常安腾

      2019(4):72-77, DOI:

      摘要:

      本文基于遗传算法对缓波形柔性立管进行构型一体化优化设计,通过对多重优化设计目标的集成归一化处理,兼顾了立管的弯曲变形和力学性能,有效提升立管构型设计的效率。在此过程中可以灵活调整各优化目标的权重占比,以匹配具体的立管设计条件和设计需求,进一步改善优化方案性能。算例结果表明,应用该方法能够简便、快捷地获取优化设计方案,且其整体性能得到显著提升,可为缓波形柔性立管构型设计提供合理参考和有效支撑。

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    • 基于风洞实验的漂浮式风电平台风载荷与流载荷特性研究

      齐磊, 易丛, 李志川, 付升雷, 高巍, 温瑞峒, 齐博, 徐悦健

      2019(4):65-71, DOI:

      摘要:

      漂浮式风电是深化海洋风能开发的重要装备,其服役环境复杂,需同时经受风、浪、流联合激励,其中平台风载荷和流载荷作用将直接影响结构稳定性。为揭示漂浮式风电平台的风载荷与流载荷特性,搭建了风洞试验系统,针对作业工况和拖航工况,研究了不同入流角下平台风载荷和流载荷特性。实验结果表明:在作业工况下,当平台与风/流夹角为120°时,平台的风载荷和流载荷系数达到最大值,分别为0.67和0.98。在拖航工况下,平台的最大风载荷系数出现在120°入流角下,为0.69,而最大流载荷系数出现在90°入流角下,为1.00。此结果可为漂浮式风电平台的优化设计和拖航作业提供重要数据支撑。

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    • 海上发射导流槽运动对火箭尾流场的影响仿真

      韩彦青, 杜正发, 刘江雪, 张璐璐, 巩庆涛

      2019(4):59-64, DOI:

      摘要:

      运载火箭海上发射船六自由度运动将引起安装在船上的导流槽发生平动及转动,进而对运载火箭燃气射流排导产生不利影响。为了研究海上发射导流槽运动对火箭尾流场的影响,建立某型运载火箭尾部喷管及导流槽组合模型,利用CFD软件Fluent基于Realizable k-湍流模型和二阶迎风格式对火箭尾流场进行瞬态数值仿真模拟,研究在导流槽平移和旋转状态下火箭尾流场内速度、压强、温度等参数。结果表明,海上发射船运动引起导流槽的水平运动将使导流面承受的总压显著增大,部分工况下最大增加70%以上;随着导流槽旋转角度的增加,导流面的总压值随之增大;特定的组合运动会使导流槽出现局部高温和高压。研究结果对运载火箭海上发射导流槽的构型以及热防护等工作具有参考意义。

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    • 基于干涉检查的船舶设备虚拟加换装技术研究

      唐旭, 徐仁桐, 李志球, 刁峰, 吕建军, 韦乃琨

      2019(4):53-58, DOI:

      摘要:

      本文采用虚拟干涉检查方式对船舶加换装对象进行了三维动态预演,提前发现加换装过程中可能出现的设备更换空间不够、被阻挡等干涉情况。由于船舶生产设计整船模型量大、面片多,常用的干涉算法运行效率低。为了提高加换装动态干涉检测效率,并考虑到碰撞准确性和严谨性,本文提出基于AABB-OBB的混合层次包围盒算法对虚拟对象进行动态碰撞检测。经验证,该方式能够在复杂虚拟环境中快速进行碰撞检查,并生成碰撞干涉结果供生产设计人员对加换装设备周边船体结构进行优化,及时精准规避可能存在的干涉问题。

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    • 在役海底管道后挖沟分析方法和校核标准

      赵刚, 刘建峰, 胡双, 刘冠良, 李沙

      2019(4):45-52, DOI:

      摘要:

      后挖沟技术能较好解决在役海底管道运行过程中各种隐患治理问题。研究了海管后挖沟分析方法,包括所遵循的校核标准,以及计算结果趋势分析和相关规律总结,着重对比了常用的解析法和有限元法在求解原理、结果分析、校核依据等方面的差异。结果表明,解析法本质上是经过数次验证形成的经验公式,相对保守,而有限元法则是利用有限元软件进行的仿真模拟,更贴合实际工况;并结合工程实例进行计算验证。研究内容和结论为在役海底管道后挖沟分析及现场作业提供重要的借鉴,有望在今后的类似工程项目中推广。

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    • 基于IFMECA方法的风机叶片吊装风险评估

      杨薛亮, 汪宇航, 孙树政, 黄柳生, 王坤

      2019(4):37-44, DOI:

      摘要:

      风机叶片吊装施工是海上风电场建设的关键环节。 叶片吊装施工涉及繁琐的施工步骤和高难度的施工技术,且施工阶段容易受到天气、海浪、设备、人为等因素的影响。任何一个施工环节出现问题,都会导致整体施工进度延缓甚至出现设备损坏、财产损失和人员伤亡等严重情况出现。然而,针对于海上风机单叶片式吊装施工的风险评估研究还相对较少。因此,本研究基于IFMECA方法对海上风机单叶片式吊装施工进行了详细的风险评估。研究发现了12个故障模式和25个故障原因,并计算得到了故障模式的IRPN(改进的风险优先级数)和故障原因对故障模式的ICR(改进的危害度值)。根据研究结果,最危险的故障模式是FM4-叶片吊装故障,其IRPN为6.66,主要受到天气条件和人为操作等因素的影响。其次是FM3-叶片质量损伤,其IRPN为4.66,同样受到天气和人为等因素的影响。研究结果有助于提高海上风机叶片吊装施工水平,能够向工程人员预报施工过程中潜在的风险并提出管控措施,具有较高的经济价值和工程效益。

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    • 海洋平台单自由度水动力参数识别方法与分析

      谭超文, 汪学锋, 卢文月, 尉志源

      2019(4):30-36, DOI:

      摘要:

      海洋平台水动力参数预报问题是海洋平台设计领域与生产领域重要问题之一,如何准确预报与分析始终为研究热点。针对海洋平台水动力参数识别与分析问题,结合平台运动数据建立基于物理机理神经网络的平台运动模型,反演水动力参数。研究发现,神经网络方法准确拟合并反演了一维数值结果,试验结果,所得附加质量参数准确,并得到不同频率下一阶非势流阻尼成分数值,为水动力参数的识别与分析提供了一种新的方法。

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    • 管道直径和初始水深对黏土质海床管道局部冲刷特性影响

      张美娜, 韩翔希, 翟 煜, 齐国胜, 任 地, 蒙占彬

      2019(4):24-29, DOI:

      摘要:

      海底管道被誉为“海上生命线”,承担石油、天然气等资源安全输运的重任。然而,由于海底管道附近水动力增强,铺设于黏土质海床的大尺度管道基底易受到局部冲刷的影响,造成管道下方土体被掏空,从而导致海底管道经常出现悬跨现象。悬跨是引发海底管道破坏失效的主要原因。因此,开展海底管道局部冲刷特性研究至关重要。现有海底管道局部冲刷研究主要关注砂质海床环境下海底管道局部冲刷特性,并已取得较为全面的研究结果。然而,关于黏土质海床环境下管道直径和初始水深对海底管道局部冲刷特性的影响还鲜有报道。管道直径和初始水深分别影响管道局部雷诺数和压强,而雷诺数和压强是影响管道局部冲刷的关键参数,因此对不同初始水深环境下不同直径管道的局部冲刷特性开展研究,系统性分析不同尺度海底管道局部冲刷坑形态发展过程、冲刷深度及其水动力特性,有助于进一步完善黏土质海床环境下海底管道冲刷的相关理论和指导工程实践。该文通过Herschel-Bulkley黏土模型和VOF两相流模型建立海底管道局部冲刷的二维CFD模型,以管道直径D和初始水深h为变量参数进行数值模拟研究,揭示不同管道直径和初始水深对海底管道局部冲刷特性影响的规律。研究结果表明:(1)黏土质海床环境下海底管道局部冲刷受管道直径影响显著。管道直径D越大,管道局部冲刷坑宽度及深度越大,沉积丘向管道下游方向移动距离越远。(2)初始水深对黏土质海床环境下海底管道局部冲刷产生一定影响。随着初始水深的增加,管道局部极限平衡冲刷深度减小,管道下游床面形态受初始水深影响较为明显。

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    • 网衣在规则波-流耦合作用下的水动力响应分析

      吴世界, 张远茂, 冯亮, 李嘉林

      2019(4):20-23, DOI:

      摘要:

      目前,对海水养殖平台网衣的水动力响应研究较少,不同环境条件对网衣的张力与运动影响较为复杂。为探究不同波、流环境耦合作用下对网衣系统的动力响应影响。基于集中质量法和网目等效法,探究了在规则波-流耦合作用下波流方向、水流速度、波高周期和十种不同的网衣破断形式对网的张力和变形的影响。结果表明,在规则波-流耦合作用下,网衣与刚性框架连接位置和网衣中部受力最大,网衣的四个边角处变形最小,且网衣的张力随着流速、波高的增大而增大。在不同的网衣破断形式下,网衣的张力只在网的断裂方向上显著下降,而其他方向的张力没有明显的变化;对于节点的运动,只在网衣破断周围处节点的运动增加,而其他节点的运动并没有明显变化。

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    • 基于局部精细模型的海上变电站时域疲劳分析

      刘恒, 黄珊珊, 李俊龙, 杨玉宝, 李宇超

      2019(4):14-19, DOI:

      摘要:

      为准确估计导管架基础等管状交叉节点处的疲劳寿命,利用时域分析方法,对某海上变电站进行疲劳损伤评估。借助ABAQUS软件,建立了导管架基础各关键节点的局部精细模型。将各管节点的焊接处选作热点,考虑了风浪流的联合作用。通过雨流计数法,结合Palmgren-Miner准则与S-N曲线法,对该结构的各关键节点进行了准确的疲劳寿命分析。为了验证局部精细模型的可靠性,使用SACS软件进行了对比分析。结果表明:该变电站疲劳强度在设计寿命期内满足规范要求;局部精细模型的构建能较为准确地估计管状交叉节点处的疲劳寿命;随机波浪更能反应真实海况,体现波浪的随机平稳过程。分析结果可为后续研究及实际工程提供参考。

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    • 基于深度学习的海上导管架平台损伤检测

      魏安凯, 官 晟, 王 娜, 吕尚嵘

      2019(4):6-13, DOI:

      摘要:

      导管架平台是海上作业的常用结构物形式,其健康状态决定着海洋开发过程是否安全。针对导管架平台损伤检测过程中损伤敏感特征的提取问题,提出了一种基于深度学习的损伤检测模型。为更好的贴合卷积神经网络的特点,该模型首先将一维时域信号转化为二维灰度图;然后通过卷积神经网络中提取二维灰度图中存在的损伤特征并以此进行损伤检测。通过在导管架平台模型上进行的实验,比较了不同灰度图生成方式对检测结果的影响。最后,损伤检测实验的结果表明,该检测模型对损伤种类的识别准确率分别可以达到99.4%,具备良好的损伤检测能力;对损伤程度的识别准确率为96.3%,能够应用于对导管架平台的损伤预警。

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    • 黏土质海床附加阻流器管道局部冲刷数值模拟

      翟煜, 韩翔希, 张美娜, 齐国胜, 任地, 蒙占彬

      2019(4):1-5, DOI:

      摘要:

      海底管道作为海上石油开采的重要组成部分,起到输运油气资源的重要作用。海底管道大部分采用埋设的方法进行铺设,但长期在海流的冲刷作用下管道容易产生悬空进而发生涡激振动,这容易造成管道的疲劳损伤。合适安装位置和长度的阻流器有助于抑制管道局部冲刷和增强其自埋效果。本文采用VOF水土两相流模型、SSTk-ω湍流模型和Herschel-Bulkley模型建立二维海底管道局部冲刷数值模型,模拟黏土质海床管道冲刷,并通过对管道局部冲刷剖面、升力系数、冲刷坑最大深度等进行对比研究,分析阻流器不同的安装位置和长度对管道冲刷特性的影响机制。结果表明:安装于管道正上方的阻流器会加剧管道局部冲刷,而且随着阻流器长度的增大,管道局部冲刷坑最大深度和宽度均增大;安装于管道后方且平行于来流方向的阻流器有助于抑制管道局部冲刷,冲刷坑最大深度和宽度均减小;安装于管道底部的双向刚性阻流器可以有效避免管道局部冲刷的发生,当双向刚性阻流器长度在3D及以上时,管道局部冲刷基本不再发生。

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    • 不同流向下吸力筒导管架基础冲刷模拟

      曾俊辉, 陈勇, 胡佳俊, 陈鹏宇, 朱嵘华

      2005,20(3):35-39, DOI:

      摘要:

      为了解吸力筒导管架基础冲刷特性,通过FLOW-3D软件建立吸力筒导管架基础冲刷数值模型,模拟了不同水深、流速、迎流角条件下的基础冲刷情况,根据仿真结果得到以下结论:(1)筒型基础尾流对后端筒型基础冲刷存在削弱作用,导致其冲刷深度减少35%~50%,当迎流角在60°时后端筒型基础冲刷深度最小;(2)整体冲刷受水深影响较小,不同水深下冲刷情况相似;(3)流速是影响冲刷深度的主要因素之一,冲刷深度随流速增加而增加,整体呈现线性关系。综合评估吸力筒导管架基础冲刷情况,为下一步冲刷防护方案的制定提供依据。

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    • 海上风电三筒导管架基础过渡段结构数值分析

      施昌威, 韩延峰, 杨涵婷, 赵东方, 郭耀华, 王海军

      2005,20(2):6-11,24, DOI:

      摘要:

      针对海上风电三筒导管架基础,提出了板梁斜撑式,斜箱梁式及平箱梁式三种过渡段型式。采用三维有限元软件ABAQUS对整机结构的自振特性及过渡段结构极限承载能力展开研究。结果表明采用板梁式斜撑过渡段整机结构刚度较小,低于风机允许的自振频率范围;采用平箱梁式过渡段在结构竖向,水平及抗弯承载能力上相比斜箱梁式过渡段分别提升了54.8%,40.9%和48.6%。研究成果可为大容量机组三筒导管架基础过渡段的选择提供参考。

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