超大型海上風(fēng)電浮式平臺的水彈性響應(yīng)分析.pdf

1、21 世紀是人類開發(fā)海洋能源的時代，而海上風(fēng)能是眾多能源中開發(fā)利用較清潔的資源?，F(xiàn)在絕大多數(shù)的海上風(fēng)力發(fā)電結(jié)構(gòu)型式都是近海樁基型的，面對開發(fā)海上風(fēng)能的速度加快，未來發(fā)展大型遠海浮式風(fēng)電場是必然趨勢。在由淺海向深海發(fā)展的過程中勢必會使得風(fēng)力發(fā)電技術(shù)產(chǎn)生重大的技術(shù)性變革，最基礎(chǔ)的就是需要對風(fēng)力機搭載平臺進行重新設(shè)計。
　　 由于海上大型浮式風(fēng)電場平臺屬于超大型浮式結(jié)構(gòu)物（VLFS），需要考慮平臺在波浪中的彈性變形情況（即流固耦合），

2、因此要采用近五十年發(fā)展起來的水彈性理論方法求解。目前關(guān)于水彈性研究的方法主要分為直接計算法和模態(tài)分析法。本文采用了模態(tài)分析法，將浮體結(jié)構(gòu)物簡化為梁，計算其在空氣中的干模態(tài)，采用勢流理論求解水動力。根據(jù)三維水彈性理論和三維剛體勢流理論的區(qū)別，主要是物面邊界條件的不同，繼而通過改變物面邊界條件，將三維水彈性理論退化為三維剛體理論。這種簡化方法能夠快速有效地求解結(jié)構(gòu)在波浪中的水彈性響應(yīng)。本文重點探討這種簡化方法在大型浮式結(jié)構(gòu)物平臺的工程實用性

3、。
　　 首先，介紹了結(jié)構(gòu)動力學(xué)的理論知識，為求解結(jié)構(gòu)的干模態(tài)尋找合適快速的方法。通過許多相關(guān)研究的成果可知，對于梁式的大型結(jié)構(gòu)物可以采用簡單的梁解析法求解結(jié)構(gòu)特性。
　　 其次，對比較成熟的三維剛體勢流方法，以及考慮結(jié)構(gòu)體彈性效應(yīng)的三維線性水彈性理論方法進行了詳細的論述，從中得到兩種計算方法的主要區(qū)別在于水彈性理論需要考慮廣義流固耦合邊界條件。通過改變物面邊界條件，以及對運動響應(yīng)方程的修改，將三維水彈性理論退化為三維剛

4、體勢流理論。在此基礎(chǔ)上，求出運動響應(yīng)的主坐標，用剛性位移幅值表示結(jié)構(gòu)各階彈性模態(tài)幅值。通過一個示例，將本文所用方法的計算結(jié)果與其他相關(guān)研究計算的結(jié)果進行比較分析，兩種結(jié)果在趨勢上基本一致，從而驗證本文的簡化方法在求解大型浮式結(jié)構(gòu)物的水彈性分析的可行性。
　　 再次，給出了海上風(fēng)電場平臺的理念設(shè)計型式，對其進行水彈性和剛體理論的計算分析。計算給出了剛體運動響應(yīng)傳遞函數(shù)；結(jié)構(gòu)的垂向彎曲模態(tài)響應(yīng)幅值，以及沿軸向整體結(jié)構(gòu)的垂向位移幅值分