海洋結(jié)構(gòu)隨機(jī)波浪荷載與快速動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算方法及試驗(yàn)研究.pdf

1、隨著陸地資源的日益短缺，海洋資源的開(kāi)發(fā)與利用得到世界各國(guó)的廣泛關(guān)注。目前，風(fēng)能與油氣資源是開(kāi)發(fā)利用的主要海洋資源，海洋結(jié)構(gòu)是開(kāi)發(fā)利用海洋資源的基礎(chǔ)，隨機(jī)波浪荷載計(jì)算、結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性及動(dòng)力響應(yīng)分析是海洋結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的重要部分。一方面，海上風(fēng)電開(kāi)發(fā)最簡(jiǎn)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(jì)算作用于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上總的隨機(jī)波浪力，但很難得到各個(gè)位置處的波浪荷載時(shí)程。另一方面，隨著資源開(kāi)發(fā)不斷向深海發(fā)展，海洋結(jié)構(gòu)變得越來(lái)越復(fù)雜，如何快速求

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

3、了對(duì)比，其結(jié)果表明所編制程序在正常工況(NSS)、危險(xiǎn)工況(SSS)具有很好的吻合，在極端工況(ESS)時(shí)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(guò)開(kāi)展隨機(jī)波浪單樁結(jié)構(gòu)物理模型試驗(yàn)進(jìn)行了驗(yàn)證。
　　以保證海上復(fù)雜結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)分析精度并提高其計(jì)算效率為目的，本文首先編寫(xiě)了結(jié)構(gòu)振動(dòng)特性與動(dòng)力響應(yīng)計(jì)算程序，并以一座導(dǎo)管架基礎(chǔ)海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)為研究對(duì)象，通過(guò)與商業(yè)軟件ANSYS計(jì)算結(jié)果的對(duì)比分析，

4、驗(yàn)證程序的正確性。其次，研究了運(yùn)用模態(tài)綜合法、靜力縮聚及動(dòng)力縮聚方法，編制了計(jì)算程序，開(kāi)展了導(dǎo)管架基礎(chǔ)海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)動(dòng)力縮聚研究，詳細(xì)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(duì)比分析了靜力與動(dòng)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(duì)縮聚結(jié)構(gòu)的主自由，詳細(xì)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(kāi)發(fā)的隨機(jī)波浪荷載計(jì)算程