《中国海洋平台》编辑部
为揭示漂浮式风电平台的风载荷与流载荷特性，搭建风洞试验系统，针对作业工况和拖航工况，研究不同入流角下平台风载荷和流载荷特性。试验结果表明：在作业工况时，当平台与风/流夹角为120°时，平台的风载荷和流载荷系数达最大值，分别为0.67和0.98；在拖航工况时，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。
为减小浮式风机在风浪流作用下倾斜的影响，引入一套逻辑完备的主动压载系统（Active Ballast System，ABS），通过压载水的调节来调整平台的浮态。使用频域分析的方法对平台进行水动力响应性能探究，并改变平台的几何参数、重量、重心等数据，研究不同平台应用主动压载的收益差距。结果表明，ABS可有效减少风机停机带来的损失，并能够在保证发电效率的前提下，减少单位发电量用钢量，降低风机平台的建设成本。
为保证风机叶片吊装施工的安全进行，提前发现施工过程中的潜在风险并提出管控措施，基于改进的故障模式、影响及危害度分析（Improved Failure Modes, Effect and Criticalities Analysis，IFMECA）方法对海上风机单叶片吊装施工进行详细的风险评估。发现12个故障模式和25个故障原因，并计算得到故障模式改进的风险优先级数（Improved Risk Priority Number，IRPN）和故障原因对故障模式的改进的危害度（Improved Criticalities，ICR）。结果表明：最危险的故障模式是叶片吊装故障（FM4），其IRPN为6.66，主要受天气条件和人为操作等因素的影响；其次是叶片质量损伤（FM3），其IRPN为4.66，同样受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。
对码头吊装状态下漂浮式风机在非窗口期或突遇台风情况下的系统响应进行仿真模拟。建立码头吊装状态漂浮式风机一体化数值仿真模型，准确模拟极端台风工况下的海洋环境及其他环境载荷特性，进一步通过非线性时域仿真对吊装状态下漂浮式风机开展一体化耦合分析，针对不同工况、叶片安装数量、叶片方位角开展敏感性分析。结果表明：在强台风环境码头吊装状态下漂浮式风机对波浪条件较为敏感，波浪条件主要决定所需靠球的抵抗刚度；叶片安装数量的变化引起上部风机所受风载荷的变化，同时叶片安装数量的变化会对非环境载荷入流方向的风机运动产生较大的影响；风机系统响应对于叶片安装方位角的变化并不敏感。
针对海上风电三筒导管架基础，提出板梁斜撑式、斜箱梁式和平箱梁式等3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：采用板梁斜撑式过渡段，整机结构刚度较小，其自振频率低于风机允许的自振频率；采用平箱梁式过渡段，结构竖向、水平及抗弯承载能力比斜箱梁式过渡段分别提升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。
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。
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。
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。
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。
随着温室效应加剧与全球气候变暖趋势持续,我国对清洁能源的开发利用愈发重视,海上风力发电由此在国内外得到广泛应用。主要以大连庄河风电场为研究对象,对其水下噪声开展实地监测,并对所获数据进行了系统分析与讨论。以3.3MW单风机的水下噪声特性为重点,通过对该型号风电机在不同深度、不同距离处的噪声数据进行监测与分析,并且对振动和声学数据进行了比较。结果表明：海上风电机具有低频、低能级特征,其噪声频率基本分布在1000Hz以下；对不同距离的监测显示,31.5-1000Hz 频段的声压级随距离增加呈阶梯式衰减。在31.5Hz、63Hz、315Hz处存在明显的频率峰值,且这些峰值与塔架振动频率具有强相关性,表明所测得的水下噪声可能源于塔架的机械振动。
浮托法是万吨级海工结构整体安装的最佳解决方案,但超大超重海工结构之间的碰撞将导致海工结构的严重损伤。待命阶段是浮托安装前的最后一个环节,是检验浮托安装系统系泊定位能力的关键阶段。本文以渤海海域最大导管架平台垦利10-2CEPC中心平台为研究对象,建立了浮托安装系统整体耦合动力分析数值模型,利用模型试验结果验证了数值模型的有效性,基于数值模型探究了环境荷载方向、波浪参数等对浮托安装系统待命阶段动力响应的影响规律。研究结果表明,数值模拟和模型试验得到的浮托安装系统动力响应统计结果吻合较好,顺向荷载作用下浮托安装系统的动力响应幅值较小,而横向荷载作用下浮托安装系统的动力响应幅值较大,但仍能够满足浮托作业进船过程对系统动力响应的要求。
针对沙质海床环境下多种海底管道沟槽构型的自然回填问题，分别采用模型试验与数值模拟方法，深入探讨了不同构型下沟槽内的泥沙输运及沉积过程，分析了管道沟槽形态演变规律及其自然回填效率，并通过对比模型试验与数值模拟的数据验证了模型的可靠性。研究发现，增加边坡比、扩展底部宽度以及提升沟槽深度均能有效扩大管道沟槽的初始容积，进而显著提高其淤积量；在沙质海床上，管道沟槽的形态演变遵循一种“坡顶侵蚀-重心偏移”的自然回填模式。此外，研究还量化了覆土层沉积厚度、自然回填时间系数、平均淤积速率等管道沟槽特性参数，通过分析这些参数的敏感性差异来评估和预测不同构型下管道沟槽的自然回填行为，为海底管道工程的设计优化提供了重要参考。
溢油漂移扩散区范围多变,过于依赖油膜扩展速率,忽略了油膜漂移角度偏转的影响,对此,设计。因此,提出基于金字塔演化策略的海洋溢油漂移扩散敏感区识别方法。以油粒子模型为基础,通过参数化修正公式描述海洋溢油漂移物理扩展过程,结合平流和湍流扩散过程,利用拉格朗日粒子追踪轨迹来预测海洋溢油的漂移扩散情况。结合支持向量机,将溢油漂移扩散情况以及油品、风力等因素作为敏感区识别的输入,计算高维度油膜漂移角度偏转值,采用金字塔演化策略优化油膜扩展速率。将油膜扩展速率作为个体,综合考虑支持向量机模型的目标函数与约束条件,设定金字塔演化策略优化过程中的适应度函数,利用金字塔中结构的层次化搜索溢油漂移扩散区域滞留量,平衡全局与局部搜索的能力,使油膜扩展速率能够快速收敛至最优值,更新溢油漂移扩散区域滞留量,得到最大值所对应的溢油漂移扩散区域,为敏感区。实验结果显示,该方法可准确预测海洋溢油漂移扩散情况,95%置信水平下的AUC值依然具有较高的下限保障,并在此基础上实现敏感区高精度识别目的。九游体育
为确定不同重现期环境条件对渔业养殖平台经济性的影响，针对导管架式渔业养殖平台，采用SACS软件建立通用载荷模型(简称GLM)，将东海南部、南海北部、北部湾和渤海特定水深海域不同重现期环境条件转为可比较的环境荷载，并采用概率分析方法，建立了渔业养殖平台净预期收益折现值与设计环境条件重现期，资金折现率，设计寿命和回本周期之间的量化计算公式；针对追求收益最大化的客户，提出了投资回本周期越短，越应采用高重现期环境条件进行设计的策略；针对风险厌恶型客户，提出了通过限制设计寿命，控制累计失效风险的等级划分方法和环境条件重现期选择策略。研究结果可以为导管架式渔业养殖平台设计环境条件重现期的选择提供参考。
浮式风机平台作为远洋风电的主要形式，近些年得到了快速发展。但是，为了适应远洋恶劣的海况，浮式风机平台的建造与维护成本均高于近海固定式风机平台。为了降低远洋浮式风机平台的发电成本，多家能源公司开始尝试将较高性价比与良好耐久性的混凝土材料作为钢材的替代品，用于浮式风机平台的建造。应用较为广泛的平台包括：BW Ideol公司的阻尼池式浮式风机平台、Kv?rner开发的混凝土立柱式（SPAR）浮式风机平台、Saitec公司设计研发的SATH双船体浮式风机平台以及以Olav Olsen博士设计的OO-star类型浮式风机平台。这些风机平台通过独特的结构设计，使混凝土材料主要承受压应力，弥补了混凝土材料抗拉性能差的缺点。本文总结了近些年混凝土浮式风机平台的发展情况，对上述四个浮式风机平台进行了详细介绍。
本研究采用数值模拟方法，探讨了鹅颈处混凝土垫块的局部泥沙冲刷问题。水流在鹅颈区域的复杂作用导致结构物，尤其是混凝土垫块等防护设施，遭受较为严重的局部冲刷，进而对海底管道的长期稳定性与安全性产生重要影响。基于RNG k-ε湍流模型和Meyer-Peter与Müller输沙公式，本文构建了三维流场与泥沙输运的数值模型，重点分析了在特定结构条件下，不同位置的冲刷特性及其演变规律。研究结果表明，鹅颈处混凝土垫块的存在显著影响了不同区域的底床剪切应力，不同点的冲刷速率和深度随时间的变化表现出明显差异。
海上换流站平台是一种由万吨级钢质平台结构与诸多电气及辅助设备集成的超大自由度系统，不仅需保证自身的承载能力，还要满足高压电气设备正常运行的要求。随着海洋工业的发展，浮托安装已经成为主要的甲板组块安装方式之一。其中，对接过程是浮托安装的关键时刻，此过程是完成甲板组块的重量从驳船到导管架上的转移。本文通过数值模拟的方法，采用PIPE单元和BEAM单元建立万吨级海上换流站及换流阀设备一体化有限元模型，针对浮托安装工况下不同LMU刚度对海上换流站关键结构动力响应特性的影响展开研究。结果发现，随着LMU刚度的增大，换流阀设备和导管架桩腿加速度呈现先减小后增大的趋势，说明接触碰撞过程中LMU装置存在缓冲效果最优刚度范围。当对接下落速度在0.2m/s以内时，LMU装置对换流阀设备和导管架桩腿加速度响应的缓冲效果较为显著。
为解决海上风电钢结构半潜式平台成本高的瓶颈问题，提出采用混凝土部分代替钢结构形成三种钢-混半潜式平台设计方案：混凝土边立柱方案，混凝土边立柱及垂荡箱方案，混凝土边立柱、垂荡箱及浮箱方案。采用有限元软件ANSYS建立钢-混半潜式平台数值模型，针对不同工况下结构强度开展分析。结果表明，混凝土边立柱方案受力不合理，可行性较差；混凝土边立柱及垂荡箱方案整体受力较好，但钢混结合段较为集中，致使垂荡箱较大区域应力超限；混凝土边立柱、垂荡箱及浮箱方案刚度分布合理，结构强度能够符合规范要求，等效用钢量可降至300t/MW，在海上风电半潜式平台中具有较好的应用前景。
针对非粘接柔性管接头聚偏二氟乙烯（PVDF）密封层在长期服役中因材料蠕变导致密封性能下降的问题进行研究。开展不同温度下PVDF材料的压缩与压缩蠕变试验，确定其压缩弹塑性本构关系及最优蠕变本构模型参数，并基于ABAQUS软件，采用压力渗透法考虑管道内压，建立接头密封系统的二维轴对称有限元模型，分析不同温度下材料蠕变对长期密封性能的影响。研究表明API 17J标准中密封层厚度减薄量小于30%的要求在高温下偏保守，厚度减薄量超过30%时仍未发生泄漏，温度从25℃升至55℃，因蠕变导致金属聚合物泄漏路径上的接触压力显著下降，接头密封性能降低约10%。该研究首次量化了PVDF蠕变对接头长期密封性能的影响，为提升高温环境下接头长期密封可靠性提供了依据。
对于多向不规则波来说，其浪向分布的辨识和估计在水池试验波浪校核和实海域波浪监测中都是一个非常关键的问题。然而由于现有测波技术所存在的局限，我们往往无法准确获得整个波浪场的数据，只能通过稀疏分布的多点时序测量结果去估计所在波浪场的方向分布结果。在这种情况下，测点的位置分布、波浪方向谱估计方法及其估计参数的选择对估计结果的准确性有很大影响。本文采用高阶谱方法通过数值模拟生成线性波场，针对不同浪高仪阵列、方向分布参数、水深和周期等海况参数，提出了基于小波分析的波浪方向谱估计方法，并且在不同测点分布和海况参数下与传统方法进行了系统对照。结果表明：相较于其他传统方法，扩展的最大熵法（EMEP）与小波分析方法在不同波浪参数下可以识别出最为接近理论值的结果，但小波分析方法在应用时需要注意测点位置的分布间距最好小于0.5倍波长。本文的开展的研究不论是对于实海域波浪监测还是水池试验中对短峰波的校核都提供了一定的参考价值。
【目的】针对浮式生产储油船（FPSO）在极端爆炸事故下的结构安全问题；【方法】本文以Libra油田某FPSO的TS011上部模块为研究对象，介绍了爆炸事故下FPSO上部模块结构强度的分析方法，本研究综合考虑爆炸事故下爆炸载荷、重力、活载及船体变形载荷的协同作用，建立包含32种爆炸方向的载荷组合工况，并通过使用系数（UF）评估构件安全裕度；【结果和结论】结果表明：所有构件UF值均满足规范限值（UF≤1.0），其中梁构件最大UF为0.95，管构件最大UF为0.91，验证了结构在极端爆炸事故下的结构强度，为超深水FPSO模块在爆炸事故下的结构强度计算分析提供参考。
为探究浮体结构与水动力环境之间的强非线性流固耦合机理，明确半潜式平台在畸形波作用下的砰击压力分布特征，采用CFD方法针对畸形波流场与半潜式平台的荷载特性开展数值模拟研究。在商业软件Ansys Fluent上，采用k-epsilon湍流模型和动网格技术生成大波幅畸形波。在平台立柱上设置一系列探头监测砰击压强变化并从涡量、水质点速度矢量等流场信息分析砰击压强变化的相关因素。研究发现，畸形波砰击会导致高达2.93×10^5 kN的纵向水平荷载和2.35×10^5 kN的垂向荷载，并引起6.55×10^6 kN·m的纵摇力矩。畸形波引发的剧烈流场运动也会导致平台立柱表面不均匀的压强分布及波浪爬升。
面对海上风电向深远海大规模开发的并网消纳难、电力送出成本高等问题，在深远海风场就地进行风电制氢及氢基化工是一种有效路径。为细化海上制氢及氢能转化工艺流程设计，提高海上制氢及氢能转化平台的设计和建造效率、简化设计界面、提高作业安全性，以某型半潜式支持平台作为目标平台，首先进行了海上平台制氢、氢制甲醇、氢制氨的工艺流程设计；然后综合考虑总体工艺流程、模块的功能、平台重量和平台安全运行等因素，在目标平台主甲板上进行制氢及氢能转化模块划分及工艺系统布置设计；继而针对布置方案开展了安全风险分析及逃生方案规划，最大限度提高平台运行的安全性。设计结果很好的满足了预期要求，实现了海上制氢及转化的示范运行，为相关平台的改造设计、新平台的设计提供参考。
基于三维不可压缩Navier-Stokes方程与泥沙输运模型的耦合求解框架，采用SST k-ω湍流模型封闭流动方程，结合推移质和悬移质泥沙运动模型，对海流作用下海底管道鹅颈结构的局部冲刷演化规律开展数值研究。通过分析底床剪切应力分布、冲刷过程及冲刷深度的时间演化特征，揭示了鹅颈几何特征对局部冲刷的影响机制。结果表明：鹅颈结构引发的流场扰动显著改变了冲刷空间分布，管道底床接触区域与鹅颈过渡段下方区域的冲刷特征呈现明显差异。管道底床接触区域初期冲刷速率较快，但随着流场结构调整，其冲刷速率逐渐衰减，而鹅颈下方区域则因导流效应形成更深且更广的冲刷坑。
为研究不同水体计算模型对海上换流站平台动力特性和地震响应的影响,分别采用势流体模型和附加质量模型来考虑换流站平台的流固耦合作用,使用ANSYS对换流站平台进行动力特性和地震响应分析。结果表明：两种流固耦合模型对换流站自振频率的影响仅相差1%,但流固耦合模型较无水模型自振频率降低了5%~7%,且换流站桩腿内域水与外域水对结构自振频率的影响程度接近,进行结构地震响应分析时应同时考虑壳体式桩腿内域水和外域水的流固耦合作用。此外,两种流固耦合模型所得的换流站地震响应结果接近,大多相差5%以内,但流固耦合模型的地震响应与无水模型最大相差近50%,进行海上换流站平台地震响应分析应当考虑流固耦合作用。附加质量模型较势流体模型建模简单,计算时间减少40%左右,适用于海上换流站平台抗震优化设计的大量计算分析。
我国东南沿海海域台风频发，严重影响海上风电机组的结构稳定性。本文基于SACS数值分析软件建立导管架式海上风电基础模型，研究风-浪-流三种荷载耦合作用下塔筒与桩基的受力与变形特征。主要结论如下：（1）台风荷载作用下，桩基数值分析应充分考虑由台风引发的浪-流荷载，以提升模型预测的可靠性；（2）随着台风等级的升高，塔筒与桩基各部位的整体挠度与剪力呈现出先增大、后减小、再增大的变化规律；（3）台风对塔筒和桩基的挠度影响显著，对剪力影响较小；（4）采用叶片变桨停机控制策略可显著降低台风荷载下塔筒和桩基的变形与受力响应。
随着海洋资源开发的推进,海上风电装机容量的不断增长,海上风机基础结构也更容易发生船撞事故。因此,提出了一种运用于导管架基础的复合蜂窝防撞设备,通过ABAQUS/Explicit模拟了不同重量船舶以不同速度撞击有无防撞的风机基础产生的动态响应,并以等质量的传统橡胶防撞设备作为对比,验证了复合蜂窝防撞设备的防撞性能。结果表明,塔顶加速度与碰撞力峰值均有显著降低,证明了蜂窝防撞结构能够有效降低基础结构受到损伤的风险。同时,还将不同形状的四种蜂窝运用于防撞装备,结果显示防撞性能虽有较小差异但具有一定的一致性。
设计了一套安全、可靠,结构简单,操作方便,制作成本低,工作时受力均匀的大型风机塔架类筒体翻身和吊装用工具,根据产品的结构特点和需求,开展了吊装工具选型,吊码结构设计,结合吊装需求,吊装工具配备上法兰吊板4件,下法兰吊板2件,开孔滑车2件,卸扣6件,吊带3条,螺栓紧固件24套,其中上、下法兰吊板需要进行结构设计和强度校核,其余零件可根据吊装载荷进行选型,以我公司的某个实际项目为例,给定翻身、吊装塔架的载荷,对所设计的上、下法兰吊板分别进行了理论计算校核和有限元分析验证,上、下法兰吊板的强度满足钢结构设计标准,有限元模拟塔架吊装过程,上、下法兰吊板的强度和变形分析均满足吊装安全要求,且本文所设计的大型塔架翻身、吊装工具在公司塔架产品制作过程中得以成功应用,提高了产品吊装、翻身质量,提高了工作效率,降低了制作成本。本文所设计的大型塔架翻身、吊装工具结构合理,同时,可应用于其他类大型筒体类产品的制作领域。
海上风电工程中混凝土承台基础是支撑结构的重要组成部分,其优化设计是提升结构性能及成本控制的关键。【方法】本研究基于ABAQUS拓扑优化方法,【目的】对海上风电混凝土承台结构进行轻量化优化设计。通过建立无桩的有限元模型,比较一般算法与基于刚度的算法,在不同体积约束下分析了承台结构的应力分布和材料利用效率。【结论】结果表明,一般算法与基于刚度的算法优化效果基本相同。在无桩模型的基础上建立有桩的有限元模型进行优化设计,结果显示承台顶部可沿45°切削,中部可减少配筋,结构受力更加合理。另外,建议设计规范中增加桩顶削平工况,以提升工程适用性。