海上风机平台上的强非线性波浪力及Ringing响应的计算方法

Under the hypothesis of slender structure, a time domain full diffraction model will be developed for the strong nonlinear wave action on offshore wind turbine structures by using the method of separation of incident and scattering waves and Taylor expansion of the free surface condition about the incident wave surface. The model will compute the hydrodynamic pressure over the wet body surface directly, and the six components of the generalized wave loads at higher harmonic frequencies. Drag force and impacting force by breaking waves will also be included in the model with considering the characteristics of the incident waves. In this project, a coupling analysis model for platforms with mooring system will be developed by combining the hydrodynamic model with the mooring line model, and ringing response analysis will be carried out for TLP-platforms of wind turbines. The hydrodynamic model can also be developed into a hydro-elastic model by integrating it with an elastic structure analysis model for ringing analysis of monopoles of offshore wind turbines.

本研究以海上风机结构为对象，在细长体结构假设下采用入反射波浪分离和关于入射波面泰勒展开的方法，建立强非线性不规则波浪对结构物作用的高效稳定时域分析模型。该模型将直接给出物体湿表面上的动水压强，可求得六个广义方向上的高频波浪力，可根据入射波浪运动特性，计入拖曳力和波浪破碎引起的冲击影响。对于张力腿式风机平台，本项目拟将水动力模型与张力腿结构模型相结合，建立极端波浪作用下结构物高频共振响应的耦合分析模型，开展张力腿式平台的Ringing响应分析。该水动力模型还可与结构水弹性模型相结合，为将来开展单立柱式风机基础的高频水弹性分析打下基础。

本研究以海上风机结构为研究对象，建立了非线性不规则波浪与海上风机作用的耦合分析模型，开展了畸形波作用下海上风机结构高频Ringing响应的计算分析。研究工作和成果分三个部分：改进和建立了高阶谱法的强非线性不规则波浪的快速模拟方法；提出了以数值模型为入射波浪，从而建立强非线性波浪与细长结构作用的入散射波浪分离模型，计算了细长结构上的高频波浪力；将水动力计算模型与结构弹性运动响应方程、桩土作用p-y曲线模型、风机的叶素动量理论相结合，建立了单桩式风机气动力-水动力-结构动力响应-土抗力的一体化耦合动力分析模型。在项目资助期内，发表标注本项目基金资助的论文30多篇，其中SCI收录论文28篇，有8位博士生研究生和5位硕士研究生获得学位。