海洋結構隨機波浪荷載與快速動力響應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，海洋結構是開發(fā)利用海洋資源的基礎，隨機波浪荷載計算、結構動力特性及動力響應分析是海洋結構設計的重要部分。一方面，海上風電開發(fā)最簡單、最常用的基礎結構是單樁結構，但現(xiàn)有的商業(yè)軟件雖能夠計算作用于基礎結構上總的隨機波浪力，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，海洋結構變得越來越復雜，如何快速求

2、解結構的振動特性以及動力響應，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，依據海上風電結構設計規(guī)范DNV-OS-J101與IEC61400-3，編寫了求解單樁結構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。程序計算結果與與商業(yè)軟件計算結果在時域、頻域上進行

3、了對比，其結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構物理模型試驗進行了驗證。
　　以保證海上復雜結構動力響應分析精度并提高其計算效率為目的，本文首先編寫了結構振動特性與動力響應計算程序，并以一座導管架基礎海上風電結構為研究對象，通過與商業(yè)軟件ANSYS計算結果的對比分析，

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，開展了導管架基礎海上風電結構動力縮聚研究，詳細研究了縮聚結構固有頻率及其在不同條件下結構位移響應與原結構的差別，并對比分析了靜力與動力自由度凝聚方法凝聚結構的固有頻率與位移響應的差別?？紤]到縮聚結構的特性與諸多因素有關，本文針對縮聚結構的主自由，詳細研究了縮聚結構固有頻率及位移響應與主自由度數、主自由度選取的關系。
　　所開發(fā)的隨機波浪荷載計算程