中国海洋平台
  • 主管单位:中国船舶集团有限公司
  • 主办单位:中国船舶集团有限公司第十一研究所
  • 发行周期:双月刊
  • 快捷分类:石油、天然气类
  • 国际刊号:1001-4500
  • 国内刊号:31-1546
  • 创刊时间:1986年
  • 邮发代号:4-917
  • 出版地区:上海
  • 期刊开本:大16开
  • 出版单位:《中国海洋平台》编辑部
  • 发行单位:《中国海洋平台》编辑部
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    • 基于水动力性能的海上浮式光伏模块优化设计

      张里清,林志良,金晶哲

      2026(01):1-10, DOI: 10.12226/j.issn.1001-4500.2026.01.20260101

      摘要:

      为促进海上浮式光伏(Offshore Floating Photovoltaic,OFPV)系统的商业化应用,提出一种以阵列式OFPV系统单模块水动力性能为约束、以单模块建造成本最小化为目标的OFPV单模块主尺度参数优化设计方法。采用Morison公式,通过解析求解的方式,计算OFPV模块所受波浪载荷及运动响应,并基于运动响应谱分析建立OFPV模块主尺度参数优化评估方法。使用DNV Sesam Wadam软件对典型尺寸OFPV模块水动力性能进行计算,与解析求解得到的结果进行比较,以验证所提出解析计算方法的准确性。基于解析法对模块运动响应的快速求解特性,实现以OFPV模块尺寸参数为待优化参数,在模块运动响应的约束下,通过直接搜索方法求得建造成本最低的OFPV模块设计的优化方法。通过该方法得到3种不同功率容量的OFPV模块最优尺寸参数设计,展现了规模更大的OFPV模块在每千瓦时建造成本及运动响应性能方面更优秀。采用提出的优化设计方法可高效地进行OFPV单模块初期设计。

    • 波流作用下结构参数对椭圆形截面水下悬浮隧道动力响应的影响

      田梦齐,纪翀,李欣,钟丹,周嘉玮

      2026(01):11-20, DOI: 10.12226/j.issn.1001-4500.2026.01.20260102

      摘要:

      为探究关键参数对椭圆形截面水下悬浮隧道结构动力响应的影响规律,借助数值软件OrcaFlex,运用“管道+配重块”方法建立考虑波-流共同作用的时域动力学耦合仿真模型。隧道管体和锚索均采用能体现弹性变形能力的有限元线模型,线模型由无质量轴向、弯曲及扭转弹簧以及由无质量弹簧连接的集中质量点组成。采用虚拟连接-质量点法连接隧道与锚索。在台湾海峡灾害性波流条件下,探究锚索布置形式、浮重比、浸没深度等结构参数对悬浮隧道动力响应的影响。结果表明:在规则波与均匀流的共同作用下,当锚索安装角与倾角之和为90°时能有效抑制隧道管体的扭转运动;在四斜非交叉式布索形式下,隧道管体的横摇与水平运动幅值显著小于四斜交叉式布索形式;浮重比与浸没深度间存在协同影响规律,当浸没深度较小时较大的浮重比可保证隧道结构的稳定性,当浸没深度较大时较小的浮重比可有效防止锚索因受到较大的重复应力产生疲劳损伤。

    • 东海海域吊装作业性能分析与窗口期优化

      张宗峰,车巨鹏,王树青

      2026(01):21-29, DOI: 10.12226/j.issn.1001-4500.2026.01.20260103

      摘要:

      当前东海吊装作业普遍借鉴南海海域环境条件作为东海作业环境条件和天气窗口,导致实际作业窗口与预期差异较大。建立“系泊-起重船-吊物”耦合模型,分析不同风浪入射角度、谱峰周期作用下起重船的吊装作业性能,与规范要求对比确定吊装作业的可行范围。基于2015—2023年东海海域波浪、海风数据,确定吊装作业优良作业时间以及24 h、48 h、72 h连续作业窗口期。结果表明:当有义波高小于2.0m时,起重船吊装作业性能可满足各类规范要求,与东海海域现行吊装作业要求有义波高小于1.5 m的通用做法相比,连续作业窗口期出现概率可增加约22个百分点。

    • 洋流对沉积物羽流扩散影响的数值模拟

      谢腾飞,杨建民,刘诗航

      2026(01):30-42, DOI: 10.12226/j.issn.1001-4500.2026.01.20260104

      摘要:

      考虑到深海采矿活动中产生的沉积物羽流的排放会对海洋环境造成重要影响,结合流体体积模型(Volume-of-Fluid,VOF)方法和离散相模型(Discrete Phase Model,DPM)方法,针对洋流对深海采矿车(Deep-Sea Mining Vehicle,DSMV)周围羽流扩散的影响开展数值模拟,探究流向角、洋流速度和羽流喷射速度对羽流扩散范围的影响。结果表明:DSMV尾迹涡与羽流涡的相互作用对尾流区内排放的羽流有重大影响;底面羽流分布随流向角增大而向下游偏斜,当流向角为90°时部分羽流受尾迹涡影响反向扩散至DSMV前方;当洋流速度较高时羽流纵向扩散距离与流向角变化呈负相关,随着洋流速度降低两者相关性减弱;当流向角不大于 45°时羽流横向扩散距离与流向角呈正相关,当流向角等于90°时由于流场结构改变羽流横向扩散规律有所不同。

    • 深水圆筒式干树平台水动力性能分析

      邓小康,白雪平,高巍,吕海宁,秦睿

      2026(01):43-50, DOI: 10.12226/j.issn.1001-4500.2026.01.20260105

      摘要:

      现有圆筒式平台垂荡运动较大,难以满足干式采油树的安装要求,需要通过结构优化降低平台运动响应。针对一种新型深水圆筒式干树平台,开展垂荡体结构优化与月池影响研究。基于三维势流理论,研究不同垂荡体型式平台在多种海况下的运动响应,并通过模型试验进行验证。结果表明:合理布置垂荡体能够改善平台运动响应,其中Ⅱ型垂荡体在垂荡和纵摇幅值抑制方面表现优于Ⅰ型;月池结构与平台运动存在非线性耦合效应,在部分周期下会增加垂荡响应。所得结果为深水圆筒式干树平台的垂荡体布置及月池设计提供理论依据与优化参考。

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    • 海上风电单桩基础累积变形简化计算方法

      常雪凝,马宏旺,邓雅文

      2023(01):90-97, DOI: 10.12226/j.issn.1001-4500.2023.01.20230114

      摘要:

      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。

    • 基于模糊故障树的水下生产系统可靠性分析

      柳梦雪,胡忠前,刘健,刘超,肖文生,胡安斌

      2023(01):70-76, DOI: 10.12226/j.issn.1001-4500.2023.01.20230111

      摘要:

      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。

    • 水下机器人水动力参数CFD计算及操纵性预报

      王庆云,韩明勇,常开应,丁海旭,吴玉玮

      2023(01):50-56, DOI: 10.12226/j.issn.1001-4500.2023.01.20230108

      摘要:

      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。

    • 脐带缆铠装钢丝径向屈曲失效数值模拟及参数敏感性分析

      张慧甍,杨钰城,杨志勋,王立夫,郭一柱,刘志杰

      2023(01):30-36, DOI: 10.12226/j.issn.1001-4500.2023.01.20230105

      摘要:

      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水动力特性与运动响应性能

      王梓,何炎平,张伟,刘亚东,曾敏,秦程明

      2023(01):1-8, DOI: 10.12226/j.issn.1001-4500.2023.01.20230101

      摘要:

      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。

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    • 深海漂浮风电螺旋锚倾斜承载力特性

      肖舒文, 刘鲲, 樊天慧

      2020(01), DOI:

      摘要:

      针对深海漂浮式风电螺旋锚基础在复杂倾斜受拉工况下的承载机制问题,采用三维有限元方法,将螺旋锚片与螺旋杆轴直径比(D_h/D_c)作为核心几何控制变量,对砂土中大直径单片螺旋锚的不同倾角的抗拔行为进行探讨。结果表明:该直径比决定了系统从“侧阻主导”向“端阻主导”的破坏机制演变;当比值为1.2时,粗壮的螺旋杆轴发生刚体旋转,激发非对称的被动土体楔块,产生“倾斜增益”效应,在45°倾角下极限承载力提升达18%;相反,当比值为5.0时,细长螺旋杆轴发生柔性挠曲且应变集中于浅层,导致60°倾角下承载力出现高达28%的“倾斜衰减”。基于运动学响应与接触应力分布特征,针对承受30°~60°倾斜荷载的系泊基础,建议最优设计区间为1.2~1.5,以有效规避柔性破坏并最大化深层土体阻力。

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    • ICCP系统复合缆在导管架安装过程中的水动力响应机制研究[

      王茀凡

      2020(01), DOI:

      摘要:

      针对导管架在安装(入水、扶正)及长期服役过程中,外加电流阴极保护(ICCP)系统复合缆面临的剧烈水动力冲击及损伤失效风险,本文开展了水动力响应机制研究。通过建立导管架与复合缆的精细化数值模型,利用 Orcaflex 软件模拟了百年一遇极端海况及导管架下水扶正过程中的动态响应特性,并结合 Ansys 有限元分析探讨了打桩作业产生的脉冲振动对电缆系统及连接结构的冲击影响。研究结果表明:在 110KN预张力作用下,复合缆在极端海况下的最大位移及有效张力均处于安全阈值内;下水扶正过程中的位移满足安全裕量要求,未与导管架杆件发生碰撞;打桩引起的结构响应应力远小于材料许用应力,虽会导致电缆预张力因结构微形变产生约 10% 的损失,但整体系统稳定性良好。

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    • 海上发射火箭双喷管多组分尾流场仿真分析

      马彬洁, 巩庆涛, 王娜, 郭盛, 李鑫

      2020(01), DOI:

      摘要:

      基于海上发射产生的高温高压尾流场对发射支持平台安全性以及稳定性的影响,本文深入探究海上发射平台在固体热发射的作用下所产生尾流场的冲击作用。首先建立双喷管火箭发射模型,应用ShearStressTransfer(SST) 湍流模型,对三维双喷管发动机的尾流场流场进行数值模拟,分析喷管距离甲板不同位置所产生的射流温度、压力以及速度的变化趋势,获得发射过程中尾流场流场温度、速度、压力随发射高度的变化规律。研究表明:随着喷管与甲板间距的增加,射流核心区的温度与压力峰值呈指数衰减趋势,发射平台甲板所要抵抗的最高压力以及温度出现在5m距离时,能量累积仍在继续,在20m时,压力影响范围最大,该研究结果为发射平台的防护设计提供了工程应用基础。

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    • 基于现场监测数据的海上风机基础模态分析评估及其参数敏感性分析

      李响亮

      2019(4):93, DOI:

      摘要:

      摘要:基于海上风电场桩式导管架基础现场监测的多个完整年风机整机模态数据,对比分析了实测数据与施工图设计数据的差异性,开展风机整机模态计算中参数敏感性分析。结果表明:设计水位和海生物厚度对风机整机频率影响较小,结构腐蚀厚度和基础冲刷深度对风机整机频率影响较大。现场实测一阶整机频率小于施工图设计频率,海上风电场设计时应预留风机基础冲刷深度和结构腐蚀余量,并应做好基础防冲刷设计和结构防腐蚀设计。所做工作可为海上风电场桩式导管架基础风机整机模态设计优化提供经验。

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    • 串列双桩冲刷坑固化土修复效果数值模拟

      潘新颖, 周逸君, 王鼎诚

      2019(4):87-92, DOI:

      摘要:

      利用固化土对桩基冲刷坑进行流态固化土填平修复是一种新兴的冲刷防护技术。本研究采用计算流体力学方法,对两种典型串列间距比(L/D=2和L/D=4)布置下双桩在流态固化土泵送过程中的流动与扩散行为进行数值模拟,重点探讨不同泵送位置、泵送高度及泵送速度对冲刷修复效果的影响。研究表明:小间距串列双桩结构中,若将泵送点布置于沿水流方向前桩下游的尾流区,可显著提升流态固化土在冲刷坑内的留存效果;在相同水平泵送位置下,竖向泵管出口设置在距坑底一定距离的中下部区域可获得更高的留存率;在较高泵速条件(vm≥2.5 m/s)下,泵管出口越贴近坑底反而会降低留存率,而适当降低泵送速度则能够显著提高固化土的留存水平。在大间距串列双桩结构中前桩尾流对后桩的干扰减弱,但前桩下游尾流区仍为优选泵送位置,降低出口高程可提高留存率;后桩桩侧高流速区域随间距增大而留存降低。

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    • 基于DNN与NSGA-III的系泊系统多工况鲁棒优化设计

      张琳, 丁京华, 赵龙祥, 庞亮

      2019(4):78-86, DOI:

      摘要:

      为提高浮式平台系泊系统多工况优化效率并增强方案在多方向海况下的稳定性,提出“DNN 代理模型—NSGA-III 多目标优化—鲁棒性评价”的一体化设计方法。以15 MW VolturnUS-S半潜式平台系泊系统为研究对象,采用拉丁超立方采样方法构建多工况响应数据库,通过将风向与浪向作为输入特征,训练DNN代理模型预测平台偏移量与系泊缆绳张力;利用NSGA-III算法对平台总偏移、缆绳最大张力与单根造价进行多目标优化,并采用 RS 与 PVI 评价折中解的跨工况综合性能与波动性。结果表明:代理模型测试集 R2>0.98;在满足 SF≥1.67约束前提下,优化方案单根造价平均下降约 26%,且 RS 提升 10%–40%、PVI 降低 5%–12%。全方向验证显示响应具有显著方向敏感性:顺向条件下偏移在约 90°方向更不利,反向条件下最大张力在约 180°方向出现峰值;Design 3全方向一致性更优,Design 7减载效果更突出。

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    • 柱靴附体对深吃水圆筒型浮式核能平台运动性能的影响

      秦程明, 陈哲, 何炎平, 刘亚东

      2019(4):72-77, DOI:

      摘要:

      大型压载水舱式运动抑制附体的构型差异会显著影响深吃水圆筒型浮式核能平台的水动力响应。为给附体选型与优化设计提供依据,在总排水量、主体尺度、吃水及系泊构型一致条件下,对3类附体方案开展对比研究。采用混合数值方法,基于计算流体力学自由衰减计算确定等效线性阻尼,并结合势流水动力分析与耦合时域响应计算,比较平台水动力参数、运动响应与系泊张力。结果表明,附体可使平台纵荡、垂荡和纵摇固有周期分别提高16%以上、36%以上和18%以上,相应阻尼分别提高55%以上、91%以上和170%以上。极限海况下,最大位移、垂荡、动倾角和最大系缆张力分别降低24%以上、82%以上、65%以上和60%以上。圆台式在阻尼增大和响应幅值算子峰值降低方面更突出,柱靴式在延长固有周期以及减小垂荡和动倾角方面更有利。不同附体构型对应不同的运动改善特点,可为深吃水圆筒型浮式核能平台附体优化设计提供依据。

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    • 基于时空与特征关联的海上风电场缺失数据插补方法研究

      吴晓晨

      2019(4):65-71, DOI:

      摘要:

      针对海上风电场运行数据缺失率较高时插补误差放大、时空一致性难以保持的现实问题,提出了一种基于时空与特征关联的混合生成对抗插补网络(Hybrid Generative Adversarial Imputation Network,HyGAIN)。首先建立了时空耦合生成器(Spatio-Temporal Coupled Generator,ST-CG),综合考虑了风机间空间邻接关系与时间序列长时依赖特性,将图卷积网络与因果膨胀卷积通过跨模态注意力机制融合。在此基础上,提出了双通道判别器(Dual-Channel Discriminator,DCD),以解决传统判别器缺失模式感知不足的问题,并引入一致性正则强制观测位置零误差输出。接着,利用自适应谱归一化(Adaptive Spectral Normalization,ASN)与两阶段自适应优化框架(Two-Stage Adaptive Hyperparameter Optimization,TSAHO),实现了训练过程稳定收敛与运行期超参数热更新。实验结果表明,与主流的CSDI、STGNN、BRITS等方法相比,所提HyGAIN在50%整块缺失场景下,均方根误差较次优方法降低17.8%,平均绝对误差降低19.4%,皮尔逊相关系数提升至0.834,推理时间较扩散模型降低57%以上。该研究为海上风电场高缺失率数据插补提供了新思路,具备一定的工程推广价值。

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    • 海上风电项目全生命周期风险评估方法研究综述

      朱嵘华, 崔晨昊, 谢迎春, 潘宇飞, 于航

      2019(4):59-64, DOI:

      摘要:

      随着我国“双碳”目标的深入推进,海上风电作为清洁能源体系的重要组成部分,正迎来快速发展的重要机遇。然而,海上风电项目具有投资规模大、海洋环境复杂及运维条件受限等特点,在全生命周期中面临多维度且具有较强不确定性的风险。因此,构建科学、系统的风险评估与风险管控体系已成为保障海上风电项目经济性、安全性与可持续性的关键前提。本文针对当前海上风电项目常用的定性、半定量与定量风险评估方法进行了综述,重点分析各方法在适用阶段、数据依赖特征以及评价效果方面的差异。在此基础上,总结了现有风险评估研究在数据支撑不足、工程实践应用程度有限以及方法集成性不足等方面的主要问题。在此基础上,总结了现有风险评估研究在数据支撑不足、工程应用有限及方法集成性不足等方面的主要问题,以为海上风电项目全生命周期风险管理体系构建提供参考。

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    • 500m水深级导管架灌浆过程压力衰减规律及设备协同优化研究

      魏佳广, 余承龙, 王鑫, 庄奕轩, 邵书怀, 张伟东

      2019(4):53-58, DOI:

      摘要:

      针对500m级超深水导管架灌浆系统面临的管路长、高沿程阻力及能量衰减显著等技术挑战,本文以“海基二号”工程为背景,构建了“材料实验—数值模拟—设备优化”的一体化分析框架。通过流变学与力学性能实验,揭示了PII 42.5R与PII 52.5R水泥浆体在“高强-高粘”与“低强-易流”之间的性能权衡机制,确立了深水工况下的材料选型准则。其次,创新采用FLUENT-AFT Fathom联合建模方法,解决了多尺度管路流场模拟中计算效率与精度难以兼顾的难题,系统解析了非牛顿流体在复杂深水管网中的能量衰减规律。研究表明:管路形式对能耗具有决定性控制作用,而灌浆压力对流速与粘度表现出显著的正向敏感性,且对灌浆高度的变化不敏感。针对单泵在深水高阻工况下偏离高效区的问题,提出了双机串联协同作业的优化策略。本研究为深水导管架灌浆系统的精细化设计与高效施工提供了理论依据与技术支撑。

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    • 海上风电导管架与养殖网箱集成设计研究

      邹荔兵

      2019(4):45-52, DOI:

      摘要:

      为了验证已投运的海上风机导管架基础上集成柔性网箱系统的可行性,提出了海上风电导管架集成养殖网箱设计方案,利用数值模拟方法,开展了海上风电导管架基础集成养殖网箱的水动力分析研究,及导管架基础主体结构的安全性评估与复核工作。通过现场监测获取了测试数据,与有限元仿真结果进行了对比验证,结果表明,载荷具有足够的安全裕量,风机导管架基础与柔性网箱的集成方案较好的的技术可行性和工程应用价值,可为后续海上风电场与海洋牧场的融合发展提供参考。

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    • 深水水下生产系统联合调试风险分析及工程应用

      张捷, 陈政武, 李健, 汪智峰, 陈娟, 龙小品, 孟志伟

      2019(4):37-44, DOI:

      摘要:

      随着海洋油气开发向深水、超深水领域推进,1500米级水下生产系统在投产前需经历复杂的联合调试过程,其涉及多系统协同、多能量介质耦合及长距离远程控制,调试技术难度与风险复杂度显著提升。针对1500米级水下生产系统联合调试阶段,风险识别不系统、控制措施针对性不足的问题,本文以陵水25-1气田开发工程为背景,基于风险矩阵方法,对联合调试全过程中技术、环境、人员操作三类核心风险,进行系统识别与分级评估。在此基础上,构建了与风险等级相匹配的水下生产系统联合调试方案,明确了调试准备、功能验证、冗余切换及应急关断测试等关键风险控制点。工程应用结果表明,该风险导向型调试方法可有效降低高风险事件发生概率,提高1500米级水下生产系统联合调试的安全性、可靠性与可控性,对深水水下生产系统调试具有一定的工程参考价值。

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    • 柔性生物附着作用下漂浮式风渔养殖平台水动力特性研究

      余峰, 冯亮, 李嘉林, 陈凯

      2019(4):30-36, DOI:

      摘要:

      针对柔性生物附着对漂浮式风渔融合养殖平台水动力特性的影响问题,本文提出了一种考虑柔性生物附着效应的数值模拟方法,建立了“柔性生物附着—养殖平台—网衣系统”整体耦合模型,在纯流工况下分析了不同生物附着程度对平台运动响应、系泊缆张力以及网纲受力与变形特性的影响。结果表明,柔性生物附着显著增强平台纵荡响应和迎流系泊缆张力,且其影响随生物附着程度和来流速度的增加而加剧。相较于净网工况,柔性生物附着使养殖系统整体受力水平明显提高;在高流速条件下,网纲受力差异进一步放大,其变形沿水深方向呈现先增大后减小的分布特征。研究结果可为风渔融合养殖平台在生物附着条件下的水动力分析与结构安全设计提供参考。

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    • 不同增强层设计下海底输氢复合管拉伸力学性能分析

      刘方, 陈峰, 王鑫, 李睿, 陈秋和

      2019(4):24-29, DOI:

      摘要:

      面向深远海风电制氢外输需求,海底输氢复合管在铺设安装与悬空跨越等拉伸工况下的失效机制尚不明确,制约了其结构优化设计与制造质量管控。为此,考虑增强层材料各向异性特征,建立包含内衬、阻隔及增强层等多层结构的有限元模型,并经足尺轴向拉伸试验验证,系统探究了纤维缠绕角度、层数及模量波动对管道轴向刚度与极限承载能力的影响。结果表明:模拟与试验结果吻合良好;因各层模量差异,阻隔层率先屈服制约着管道的弹性极限,增强层则主导极限承载能力;管道轴向刚度及承载力随缠绕角度和层数的增加显著提升;拉伸性能对纤维方向模量E1表现出线性正相关的高度敏感性,而横向模量E2的增益效果存在边际效应递减特征。

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    • 深海系泊可膨胀鱼雷锚抗拔承载性能研究

      李明, 张应奎, 王丽艳, 尹崇山, 沈睿, 邓新龙, 张扬

      2019(4):20-23, DOI:

      摘要:

      海洋资源的开发已逐步采用适用性更强的浮式平台,浮式平台常用锚固基础来系泊,鱼雷锚是一种新型动力安装锚,具有安装简单、周期短和经济成本低等优势,但仍存在承载力不足的缺陷,从而提出一种内含膨胀气囊的新型鱼雷锚,提高传统鱼雷锚的抗拔承载性能。基于先进的透明土模型试验技术开展了可膨胀鱼雷锚抗拔承载力测试,观察可膨胀鱼雷锚在土体中气囊膨胀和拉拔的全过程,初步证实了可膨胀鱼雷锚应用的可行性;之后采用Abaqus软件模拟试验模型,验证数值分析方法的可靠性,并针对气囊不同设置形式,分析砂土中可膨胀鱼雷锚基础在不同埋深下的竖向拉拔承载力,得出气囊包围锚体下半部分是最优的设置方式。

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    • 高低温循环作用下碳纤维修复管道力学性能衰减预测

      解佳榕, 张思迅, 王业涛, 张玉

      2019(4):14-19, DOI:

      摘要:

      为量化高低温循环下CFRP修复钢管道的长期力学退化规律,本文提出一种基于材料耐久性系数(MDF)的性能衰减预测方法。通过不同温度区间与循环次数下CFRP试件及CFRP-钢界面的拉伸试验,系统获取了界面承载力退化数据;引入MDF系数,以无量纲形式表征温度循环对CFRP层板与胶层的综合损伤,拟合得到性能退化曲线并经独立试验验证。进一步将经MDF折减的材料参数嵌入有限元模型,模拟不同循环条件下修复管道的力学响应,数值结果与试验误差小于5%。研究表明,所提基于MDF的建模方法无需复杂损伤本构即可有效预测修复结构性能退化,具有参数少、便于工程应用的优势,可为高低温循环环境下CFRP修复钢管道的剩余强度评估提供可靠工具。

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    • 漂浮式光伏多体耦合响应研究

      黄宣军, 任修迪

      2019(4):6-13, DOI:

      摘要:

      为深入研究风、浪、流作用对小型浮体方阵的影响,解决动态环境下漂浮式光伏多体耦合运动的稳定性问题,基于势流理论,依据现实海洋环境,采用数值分析方法,对漂浮单体模块展开了频域水动力分析,同时设计120组工况对光伏方阵展开时域耦合运动分析;研究工作获得了漂浮式光伏在风浪流联合作用下的运动机理。结果表明:光伏单体的固有周期与风浪的周期相近,且光伏单体的运动衰减系数较小,当其产生运动后,恢复静止的能力相对较差;漂浮式光伏单体横摇运动产生的平均漂移力显著高于其他各向运动产生的漂移力,且其对90°方向来浪作用尤为敏感;漂浮方阵中光伏单体模块的纵荡运动最大值始终出现在#1号,且在每个实验周期内其纵荡运动一直保持在较大值。

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    • 极端风速下风力机叶片-塔筒相干流动对塔筒气动载荷的影响

      齐海林, 徐文浩, 高震

      2019(4):1-5, DOI:

      摘要:

      我国沿海地区台风频发,极端风速导致风力机叶片和塔筒的气动载荷显著高于额定工况,甚至突破其设计极限,易引发风力机损毁事故。为研究风力机在极端风速、停机顺桨工况下的整机和塔筒气动载荷分布特性,本文以IEA 15MW风力机为研究对象,基于计算流体力学方法,探究不同风速和偏航角对风力机整机及塔筒气动载荷的影响。计算结果表明:在无偏航角的Y型停机工况下,流向力和俯仰弯矩与平均风速的二次方近似呈线性关系,且塔筒部位的气动载荷显著高于上部风轮;塔筒气动载荷沿高度的分布受风切变及前置叶片非对称尾流的影响,导致塔筒表面压力在侧向分布不对称,叶片-塔筒相干流场在Y轴方向上呈现非对称现象;在极端高风速且存在偏航角的条件下,应将叶片极限承载能力纳入设计考量;偏航角的存在会加剧塔筒表面压力分布的非对称性,对分离点的位置、流向力系数及侧向力系数沿高度的分布产生较大影响。

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    • 半潜式风电平台垂荡舱尺寸设计分析

      王雨, 申辉, 罗翔, 刘伟

      2005,20(3):35-39, DOI:

      摘要:

      半潜式风电平台的垂荡舱能够有效抑制平台的垂荡以及垂荡与纵摇耦合运动,提高平台总体性能。以某三立柱-垂荡舱结构型式的半潜式风电平台为研究对象,基于势流理论开展垂荡舱尺寸变化影响因素研究,结果表明:当立柱间距和垂荡舱直径的比值大于2时,在长周期波浪条件下,三立柱平台的垂荡附加质量基本上与单立柱平台的垂荡附加质量呈倍数关系;采用薄壁垂荡板结构,平台总体附加质量与平台排水量的比值有最大值,而综合建造安装便利性和压载舱人员进入安全性考量,建议钢结构型式的垂荡舱高度取2.5m;垂荡舱直径与立柱直径的比例越大,对提升平台总体附加质量越有利,研究结果为半潜式平台设计选型阶段尺寸设计提供了参考依据。

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    • 海上风电结构组合阻尼系统试验研究

      高寒, 马宏旺, 陈昱霖

      2005,20(2):6-11,24, DOI:

      摘要:

      本文针对海上风电整体结构阻尼比低,容易发生疲劳破坏以及在极端环境下容易破坏的问题,提出了一种粘弹阻尼与颗粒阻尼相结合的新型阻尼装置,来增加结构整体阻尼比。为了验证该阻尼装置的有效性,本文以一单桩基础支撑的10MW 海上风电结构为背景,设计1:100缩尺模型试验。通过自由振动试验测试不同设计参数下该阻尼装置提示阻尼比的效果。试验结果表明该复合阻尼装置可有效提高海上风电结构整体阻尼比,相比不设置阻尼器情况提升幅度达161.2%,对传统固定质量的粘弹性阻尼器的阻尼增幅61.5%。研究成果表明该复合阻尼装置在提升结构阻尼性能方面的可行性与工程应用潜力,为海上风电结构抗疲劳损伤以及在极端环境荷载作用下的振动控制提供有效技术支撑。

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