海洋結(jié)構(gòu)隨機波浪荷載與快速動力響應(yīng)計算方法及試驗研究.pdf

1、隨著陸地資源的日益短缺，海洋資源的開發(fā)與利用得到世界各國的廣泛關(guān)注。目前，風能與油氣資源是開發(fā)利用的主要海洋資源，海洋結(jié)構(gòu)是開發(fā)利用海洋資源的基礎(chǔ)，隨機波浪荷載計算、結(jié)構(gòu)動力特性及動力響應(yīng)分析是海洋結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要部分。一方面，海上風電開發(fā)最簡單、最常用的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是單樁結(jié)構(gòu)，但現(xiàn)有的商業(yè)軟件雖能夠計算作用于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上總的隨機波浪力，但很難得到各個位置處的波浪荷載時程。另一方面，隨著資源開發(fā)不斷向深海發(fā)展，海洋結(jié)構(gòu)變得越來越復雜，如何快速求

2、解結(jié)構(gòu)的振動特性以及動力響應(yīng)，在保證計算精度的前提下提高計算效率，一直是學者們研究的熱點。
　　本文以隨機波浪理論為基礎(chǔ)，依據(jù)海上風電結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范DNV-OS-J101與IEC61400-3，編寫了求解單樁結(jié)構(gòu)任意位置處單位長度上隨機波浪荷載計算程序，包括荷載譜離散及借助傳遞函數(shù)兩種方式。同時，考慮了自由面修正以及海流對隨機波浪荷載的影響，使程序能夠計算自由面以上部位的波浪力時程。程序計算結(jié)果與與商業(yè)軟件計算結(jié)果在時域、頻域上進行

3、了對比，其結(jié)果表明所編制程序在正常工況(NSS)、危險工況(SSS)具有很好的吻合，在極端工況(ESS)時有一定的偏差，其原因在于商業(yè)軟件選用的流模型未知，而本程序選用1/7流模型。該程序也通過開展隨機波浪單樁結(jié)構(gòu)物理模型試驗進行了驗證。
　　以保證海上復雜結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)分析精度并提高其計算效率為目的，本文首先編寫了結(jié)構(gòu)振動特性與動力響應(yīng)計算程序，并以一座導管架基礎(chǔ)海上風電結(jié)構(gòu)為研究對象，通過與商業(yè)軟件ANSYS計算結(jié)果的對比分析，

4、驗證程序的正確性。其次，研究了運用模態(tài)綜合法、靜力縮聚及動力縮聚方法，編制了計算程序，開展了導管架基礎(chǔ)海上風電結(jié)構(gòu)動力縮聚研究，詳細研究了縮聚結(jié)構(gòu)固有頻率及其在不同條件下結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)與原結(jié)構(gòu)的差別，并對比分析了靜力與動力自由度凝聚方法凝聚結(jié)構(gòu)的固有頻率與位移響應(yīng)的差別。考慮到縮聚結(jié)構(gòu)的特性與諸多因素有關(guān)，本文針對縮聚結(jié)構(gòu)的主自由，詳細研究了縮聚結(jié)構(gòu)固有頻率及位移響應(yīng)與主自由度數(shù)、主自由度選取的關(guān)系。
　　所開發(fā)的隨機波浪荷載計算程