【CN109871609A】基于BPFEM对海洋浮式平台系泊系统响应的预测方法【专利】
基于AQWA 的漂浮式海洋装置载体锚泊系统耦合分析
基于AQWA 的漂浮式海洋装置载体锚泊系统耦合分析王世明;邹伟【摘要】Based on the kinetic theory of wave forces frequency domain,using anchor angle conver-sion method,the paper obtained a good anchoring program by specific study object of dual pon-toon floating wave power generation device of the flow,through simulation coupling ways by hy-drodynamic analysis software AQWA.A similar design of floating marine device carrier mooring system solutions were also explored.%文章基于波浪力时域频域的运动理论，采用变换锚链夹角的方法，通过水动力软件AQWA进行仿真耦合分析的方式，得出针对特定研究对象即双浮筒漂浮式浪流发电装置的最佳锚泊方案，进而探讨类似的漂浮式海洋装置载体锚泊系统方案的设计。
【期刊名称】《海洋开发与管理》【年(卷),期】2016(033)008【总页数】5页(P55-59)【关键词】海洋能;锚泊系统;AQWA;系缆张力【作者】王世明;邹伟【作者单位】上海海洋大学工程学院上海 201306;上海海洋大学工程学院上海201306【正文语种】中文【中图分类】TK7;P7随着世界能源消耗量的持续大幅上升并影响世界经济，海洋能源利用研究的重要性日益凸显[1]。
其中，对锚泊系统的研究极为关键。
由于受到风、浪、流的联合作用，受锚泊载体在海洋中将会产生位置偏移，引起锚链张力的突变[2]。
由于我国对海洋能发电装置系泊系统的研究开展较晚，至今尚未形成专门规范，其设计和应用主要参考类似海上建筑系泊方式[3]。
半潜式支持平台的随机波浪响应预测与控制
半潜式支持平台的随机波浪响应预测与控制随着海洋工程技术的不断发展，半潜式支持平台在深海开发和海上风力发电中发挥着重要作用。
然而，海上环境的复杂性使得半潜式支持平台的设计和控制面临着巨大挑战。
其中之一就是面对不断变化的波浪环境时，如何准确预测和控制平台的波浪响应。
半潜式支持平台的波浪响应是指平台在波浪作用下的运动和变形状态。
在海上环境中，波浪是主要的外部激励力，平台的波浪响应直接关系到其稳定性、安全性以及作业效果。
因此，准确预测和控制半潜式支持平台的波浪响应是保证平台可靠运行的重要环节。
波浪响应预测是指通过数学建模和计算模拟，预测半潜式支持平台在给定波浪环境下的运动状态。
波浪作用下的平台运动是一个复杂的非线性问题，涉及到流体动力学、结构力学和控制理论等多个学科领域的知识。
为了准确预测波浪响应，需要考虑海洋波浪特性、平台结构特性以及控制算法等因素。
波浪响应预测的方法可以分为两大类：经验公式法和数值模拟法。
经验公式法是基于已知的海洋波浪数据和平台参数，利用统计分析和经验公式进行波浪响应的估计。
这种方法简单快速，适用于初步设计和参数估计。
然而，经验公式法仅考虑了波浪的统计特性，对于波浪的非线性和随机特性的描述能力有限。
数值模拟法则是通过建立半潜式支持平台的数学模型，利用计算机仿真技术对波浪响应进行精确计算。
数值模拟法可以根据波浪的随机特性，模拟出不同的波浪情况，并通过求解波浪力和平台运动之间的动力学方程，得到平台的波浪响应。
这种方法可以更准确地预测平台的波浪响应，但需要耗费较大的计算资源和模型验证工作。
除了波浪响应的预测，控制半潜式支持平台的波浪响应也是非常重要的。
控制波浪响应的目标是使平台保持稳定、减小平台的运动幅度，从而提高平台的作业效果和安全性。
常用的控制方法包括主动控制和被动控制两种。
主动控制是通过安置传感器、执行器和控制系统，实时检测波浪响应，并通过控制器对平台的运动进行控制。
主动控制方法具有响应快速、控制效果好等优点，但需要消耗较大的能量和控制成本。
一种基于离散模块的浮体水弹性响应预报方法
一种基于离散模块的浮体水弹性响应预报方法WEI Wei;FU Shi-xiao;SONG Chun-hui【摘要】文章基于传统的多体水动力学和有限元方法,将连续的浮体离散为由有限个弹性梁元连接的刚体子模块,各个模块不仅受到相邻模块的水动力的干扰,同时还受到为保证结构连续性而引入的等效连接梁的作用,从而建立了一种新的可以用于求解浮体水弹性响应的数值方法.采用文中的数值计算方法,对一个箱形的超大型浮体的水弹性响应进行了研究.并通过与传统的水弹性方法计算结果的对比,证明了文中的方法的正确性和可靠性.该文的数值计算方法可为以后非均匀海洋环境下浮式结构物的水弹性响应计算提供依据.【期刊名称】《船舶力学》【年(卷),期】2019(023)001【总页数】8页(P43-50)【关键词】多体水动力学;有限元;刚度阵;超大型浮体;水弹性【作者】WEI Wei;FU Shi-xiao;SONG Chun-hui【作者单位】;;【正文语种】中文【中图分类】TV131.20 引言近三十年来，超大型浮体在海上资源开发、海洋空间利用以及海上军事基地建设等方面发挥了重大的作用。
最早进行超大型浮体研究的是日本和美国，日本在90年代提出了箱式超大型浮体，主要用于海上机场、离岸集装箱码头等作用[1]；美国为了满足其军事需求，建造了移动式海上基地[2]；挪威正在发展水下浮桥，用于连接和跨越该国的多个海湾[3]；我国在岛礁附近布置超大型浮体作为物流基地和保障[4-5]。
与常规的海洋浮式结构物或海洋船舶相比，超大型浮体由于其尺寸巨大，相对刚度较低，因此在其动力响应和结构分析时必须采用水弹性的方法。
目前，对于其响应和受力的分析主要基于水弹性理论[6-8]。
吴有生和杜双兴[9]采用三维线性水弹性理论对弹性连接的多刚体系统的模型的结构运动和连接件的应力响应进行了分析，为此类结构连接器的设计提供参考。
Fu和Moan[10]采用三维水弹性方法求解了带有复杂连接的结构的水弹性响应，并对连接件的位移响应进行了研究。
基于实测波频数据的海洋核动力平台多体动力特性评估
基于实测波频数据的海洋核动力平台多体动力特性评估郭冲冲;武文华;吕柏呈;吴国东【期刊名称】《中国海洋平台》【年(卷),期】2024(39)2【摘要】基于现有的渤海浮式生产储卸油装置(Floating Production Storage and Offloading,FPSO)实测数据,开展海洋核动力平台(Marine Nuclear Power Platform,MNPP)定位系统多体动力特性分析。
建立MNPP定位系统的多刚体动力学模型,通过MNPP与渤海某FPSO的响应幅值算子(Response Amplitude Operator,RAO),计算FPSO船体实测数据与MNPP响应的比例系数;根据FPSO 船体实测数据计算MNPP六自由度数据,并采用经验模态分解(Empirical Mode Decomposition,EMD)方法保留原始数据的波频成分,在此基础上计算定位系统的系泊回复能力和各铰节点的受力行为。
通过与FPSO软刚臂系泊系统受力状态进行对比分析,验证MNPP定位系统在实测海况下设计的合理性。
可为MNPP系泊结构设计和安全运行提供科学的分析手段。
【总页数】8页(P40-47)【作者】郭冲冲;武文华;吕柏呈;吴国东【作者单位】大连理工大学工业装备结构分析优化与CAE软件国家重点实验室;大连理工大学深圳研究院;中国海洋石油有限公司研究总院;武汉第二船舶设计研究所【正文语种】中文【中图分类】P75;U674.38【相关文献】1.基于设计波法的海洋核动力平台波浪载荷计算2.畸形波对海洋核动力平台动力响应的影响分析3.海洋核动力平台立项中船重工掘金千亿级核动力市场4.海洋核动力平台定位系统多体动力学建模与分析因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。
海上浮式风电机半潜式平台二阶水动力计算与响应特性分析
海上浮式风电机半潜式平台二阶水动力计算与响应特性分析彭春江１,２㊀胡燕平２㊀程军圣１㊀沈意平２１．湖南大学汽车车身先进设计制造国家重点实验室,长沙,４１００８２２．湖南科技大学,湘潭,４１１２０１摘要:提出了基于二次脉冲响应函数法的海上浮式风电机浮式平台二阶水动力计算方法,该方法基于三维势流理论用直接积分法求浮式平台的二次传递函数,并结合波高时程,将二次脉冲响应函数法应用于浮式平台二阶水动力的计算.把计算所得二阶水动力施加到海上浮式风电机整机时域动力学计算模型,计算二阶水动力的激励响应.以D e e p C w i n d 半潜式平台为算例,其上支撑美国可再生能源实验室５MW 参考风机.先对所提出的二阶水动力计算方法进行验证,再分别在无风和有风条件下,计算一阶水动力单独激励响应和一阶二阶水动力共同激励响应,通过对比响应幅值谱㊁响应统计值,分析二阶水动力的激励特性.结果表明,对于半潜式平台,慢漂力和平均漂移力有明显的激励作用,和频二阶水动力的激励作用可以忽略.关键词:海上浮式风电机;半潜式平台;二阶水动力;二次传递函数;响应特性中图分类号:T K ８３㊀㊀㊀㊀㊀㊀D O I :１０．３９６９/j．i s s n ．１００４ １３２X．２０１６．０７．０１８S e c o n d Ｇo r d e rH y d r o d y n a m i c sC o m p u t a t i o na n dR e s po n s e C h a r a c t e r i s t i cA n a l y s i s f o r a S e m i Ｇs u b m e r s i b l eO f f s h o r eF l o a t i n g Wi n dT u r b i n e P e n g C h u n j i a n g １,２㊀H uY a n p i n g ２㊀C h e n g J u n s h e n g １㊀S h e nY i p i n g２１．S t a t eK e y L a b o r a t o r y o fA d v a n c e dD e s i g na n d M a n u f a c t u r i n g f o rV e h i c l eB o d y,H u n a nU n i v e r s i t y ,C h a n gs h a ,４１００８２２．H u n a nU n i v e r s i t y o f S c i e n c e a n dT e c h n o l o g y ,X i a n gt a n ,H u n a n ,４１１２０１A b s t r a c t :As e c o n d Ｇo r d e r h y d r o d y n a m i c s c o m p u t a t i o nm e t h o dw a s p r o po s e db a s e d o n t h e q u a d r a t Ｇi c i m p u l s e r e s p o n s e f u n c t i o n t e c h n i q u e f o r o f f s h o r e f l o a t i n g w i n d t u r b i n e s ．F i r s t l y,t h e q u a d r a t i c t r a n s Ｇf e r f u n c t i o n sw e r e c a l c u l a t e du s i n g t h ed i r e c t i n t e g r a t i o n m e t h o d t h r o u ght h r e e Ｇd i m e n s i o n a l p o t e n t i a l t h e o r y ．S e c o n d l y ,t h e q u a d r a t i c i m p u l s e r e s p o n s e f u n c t i o nt e c h n i q u ew a sa p p l i e dt oc o m pu t e t h es e c Ｇo n d Ｇo r d e r h y d r o d y n a m i c s i n t e r m so f t h e q u a d r a t i c t r a n s f e r f u n c t i o n s a n dw a v ee l e v a t i o n ．L a s t l y,t h e r e s u l t i n g s e c o n d Ｇo r d e r h y d r o d y n a m i c sw a s a c t e d o n t h e i n t e g r a t e d d y n a m i c sm o d e l o f o f f s h o r e f l o a t i n g w i n d t u r b i n e i n t i m e d o m a i n ．S o t h e e x c i t a t i o n r e s p o n s eo f t h e s e c o n d Ｇo r d e rh y d r o d y n a m i c sm i g h t b e c o m p u t e d ．T a k i n g t h eD e e p C w i n ds e m i Ｇs u b m e r s i b l e p l a t f o r m s u p p o r t i n g th eN R E L５ＧMW o f f s h o r e b a s e l i n ew i n d t u r b i n e f o r c a s e ,t h e v e r i f i c a t i o n o f t h e s e c o n d Ｇo r d e r h y d r o d y n a m i c s c o m p u t a t i o nm e t h o d p r e s e n t e dw a s c o n d u c t e d ,a n dv a r i o u se x c i t a t i o nr e s p o n s e sw e r ec a l c u l a t e da n da n a l yz e d ．T h e r e s u l t s s h o wt h e s l o wd r i f t f o r c e a n dm e a nd r i f t f o r c eh a v en o t a b l e i n f l u e n c e s o n s e m i Ｇs u b m e r s i b l e p l a t f o r m ,b u t t h e s u mf r e q u e n c y s e c o n d Ｇo r d e r f o r c e c a nb en e gl e c t e d ．K e y w o r d s :o f f s h o r e f l o a t i n g w i n d t u r b i n e ;s e m i Ｇs u b m e r s i b l e f l o a t i n gp l a t f o r m ;s e c o n d Ｇo r d e rh y Ｇd r o d y n a m i c s ;q u a d r a t i c t r a n s f e r f u n c t i o n ;r e s po n s e c h a r a c t e r i s t i c 收稿日期:２０１５０５２１基金项目:国家自然科学基金资助项目(５１０７５１３１,１１５７２１２５)０㊀引言为了开发水深超过６０m 海域的风资源,在海上风电机组中配置固定式基座不再经济可行,因此提出了用浮式平台支撑风电机.浮式平台由于受到波的激励作用,其水动力特性相比固定式基座复杂得多,这使得浮式风电机整机动力学特性更加复杂.因此浮式平台水动力特性是海上风电技术研究的一个重要方面,而建立浮式平台水动力计算模型是浮式平台水动力研究的重要内容之一,是研究浮式风电机整机动力学特性的基础.二阶水动力包括差频及和频二阶水动力,差频二阶水动力又包括平均漂移力和慢漂力.对于传统海上浮式结构,二阶水动力相比一阶水动力小一个数量级以上,对于海上浮式风电机,二阶水动力相比气动力更小,且存在气动阻尼,因此,目７５９ Copyright ©博看网. All Rights Reserved.前对海上浮式风电机浮式平台水动力计算,只考虑一阶水动力,忽略了二阶及以上的水动力[１].但G o u p e e等[２]和K o o等[３]在风㊁浪水池中,对海上浮式风电机进行模型测试,发现二阶水动力相比一阶水动力和气动力虽然很小,但在不同的风浪环境下,能激起浮式平台的特征模态,产生共振响应,影响海上浮式风电机的运行性能和系泊系统的疲劳寿命.因此,在海上浮式风电机浮式平台水动力计算中考虑二阶水动力是必要的.Lóp e zＧP a vón等[４]㊁C o u l l i n g等[５]根据二次传递函数和波高时程,用纽曼近似法计算浮式平台的二阶水动力.纽曼近似法计算简单,有计算时间短的优势,但只有当浮体的固有频率很低且处在深水海域时计算出的二阶水动力才是有效的,而用二次脉冲响应函数法求平台的二阶水动力是一种相对直接的方法,虽然计算时间比纽曼近似法要长,但计算结果更接近试验测试数据[６],且没有应用范围的约束,更具通用性.K a r i m i r a d[７]利用传统海上结构物时域非线性动力学计算程序计算风电机浮式平台的二阶水动力响应,计算中把风轮简化为风盘进行简单的风力计算,这样得到的二阶水动力响应与实际情况相差较大.R o a l d a等[１]㊁B a y a t i等[８]在频域根据二次传递函数直接求海上浮式风电机浮式平台二阶水动力响应,由于频域计算不能考虑瞬态响应过程,只能得到二阶水动力的稳态响应.而基于海上浮式风电机整机动力学计算模型,在时域计算浮式平台二阶水动力响应更符合实际情况.因此,本文基于三维势流理论用直接积分法求浮式平台的二次传递函数,结合波高时程,将二次脉冲响应函数法应用于海上浮式风电机浮式平台二阶水动力计算,在海上浮式风电机整机时域动力学计算模型的基础上,计算浮式平台在各种环境激励下的响应,通过对比响应幅值谱㊁响应统计值,分析二阶水动力的激励特性.１㊀二阶水动力计算描述浮式风电机浮式平台的运动及载荷需定义两个坐标系:①惯性参考坐标系O X Y Z,其中X轴为顺风向,Z轴沿风电机塔架轴线垂直向上,原点O为Z轴与平均海平面(M S L)的交点, Y轴方向由右手定则确定;②平台随体坐标系OᶄXᶄYᶄZᶄ,在未扰动位置时与O X Y Z重合,该坐标系随平台的移动改变原点位置,随平台的转动改变方向.原点Oᶄ在惯性参考坐标系O X Y Z中的三个坐标分量即为风电机浮式平台的三个平移量,Xᶄ相对X轴㊁Yᶄ相对Y轴㊁Zᶄ相对Z轴的转动量即为平台的三个转动量,原点Oᶄ为浮式平台的计算参考点.定义与X方向一致的波向和风向为０ʎ波向和风向.图１为坐标系的示意图.图１㊀参考坐标系本文水动力计算理论中的几个假设:①入射波的幅值比波长小得多,这就允许使用简单的入射波运动学理论,如线性波理论;②相比浮式平台的大小(也即平台的特征长度),浮式平台的运动量很小,这样,利用势流理论,在平台未扰动位置计算得到的水动力可以施加在扰动后平台的计算参考点;③浮式平台是刚性的;④平稳海况下波面高度是呈高斯分布的随机过程,且是线性的.１．１㊀不规则波波高时程计算在不规则海况,根据假设①和④,波高时程可以用高斯白噪声过程经过线性滤波得到.本文所用实现方法是,在频域用B o xＧM u l l e r法计算高斯白噪声过程,在给定海浪谱的前提下,根据平稳线性系统输入输出功率谱关系求得波高的频域表示,通过傅里叶反变换求得波高时程.在浮式平台参考点处,不规则波的波高可表示为有随机相位的规则波之和:ζ(０,０,０,t)＝ðiζi c o s(ωi t＋εi)(１)式中,ζi为单个规则波的波幅;ωi为波频率;εi为相位.在本文中ζ(０,０,０,t)简写为ζ(t),ζ(t)用高斯白噪声过程经过线性滤波得到:ζ(t)＝ʏɕ－ɕw(τ)h(t－τ)dτ(２)式中,w(τ)为均值为０㊁标准差为１的高斯白噪声随机变量;h(t)为线性滤波传递函数.在频域根据平稳线性系统输入输出功率谱关系,经傅里叶反变换可求得波高ζ(t)为ζ(t)＝１２πʏɕ－ɕW(ω)２πS２－S i d e d(ω)e jωt dω(３)式中,S２－S i d e d(ω)为波高的双侧功率谱;W(ω)为w(τ)的傅里叶变换.W(ω)用B o xＧM u l l e r法计算得到:W(ω)＝０ω＝０－２l n U１(ω)c o s２πU２(ω)＋j s i n２πU２(ω)ω＞０－２l n U１(－ω)c o s２πU２(－ω)－j s i n２πU２(－ω)ω＜０ìîíïïï其中,U１和U２为两个独立的㊁均匀分布的随机变８５９Copyright©博看网. All Rights Reserved.量(随机数在０至１之间).这样的W(ω)保证了式(１)中的相位是随机的,波高ζ(t)的均值为０,方差为ʏɕ－ɕS２－S i d e dζ(ω)dω,呈高斯分布.１．２㊀二阶水动力计算二阶水动力的计算方法是先基于三维势流理论,用直接积分法求出海上浮式风电机浮式平台的二次传递函数,再对二次传递函数进行双重傅里叶反变换求得二次脉冲响应函数,最后在时域,利用二次脉冲响应函数与波高的双重卷积求总的二阶水动力.实现方法是在频域中根据波高和二次传递函数求出二阶水动力,再进行傅里叶反变换求时域二阶水动力.利用势流理论,对浮体湿表面进行直接压力积分获得二阶水动力的通用表达式为(２)F(t)＝－１２ʏW L㊀(１)ζ２r e l n d l＋(１)Ωˑ(M(１)q㊆)＋１２ρʏʏS(|Ñ(１)ϕ|２＋(１)q Ñ∂(１)ϕ∂t)n d s＋ρʏʏS∂(２)ϕ∂t n d s(４)其中,变量中的上标(１)㊁(２)分别表示一阶量㊁二阶量,Ñ为哈密顿算符,M为浮体的质量矩阵,q 为浮体平移位移矩阵,q㊆为浮体平移加速度矩阵,Ω为浮体角位移矩阵,W L表示水线,S表示湿表面,n为湿表面面元的外法线向量,(１)ϕ㊁(２)ϕ为速度势,ζr e l为相对水线的波高.式(４)的前三项都是一阶解的二次作用,根据一阶解可全部确定,最后一项与二阶速度势有关,可用势流理论确定.式(４)的表达不方便计算,因此基于式(１)的波高表示,经推导,总二阶水动力可表示成如下形式:(２)F i(t)＝R eðmðnζmζn G＋i(ωm,ωn)e j[(ωm＋ωn)t＋εm＋εn]{＋ðmðnζmζn G－i(ωm,ωn)e j[(ωm－ωn)t＋εm－εn]}(５)式中,i＝１,２, ,６,表示浮式平台的６个自由度,分别对应纵荡㊁横荡㊁垂荡㊁横摇㊁纵摇和艏摇,全文中的下标i表示一致.G＋i(ωm,ωn)㊁G－i(ωm,ωn)为与时间无关但受频率依赖的和频㊁差频二次传递函数.二次传递函数也和波向有关,由于本文针对单向波进行计算,因此不考虑二次传递函数中的波向.G＋i(ωm,ωn)和G－i(ωm,ωn)由WAM I T计算得到.根据二次传递函数求二次脉冲响应函数g i(t１,t２):g i(t１,t２)＝１４π２ʏ＋ɕ－ɕʏ＋ɕ－ɕG i(ω１,ω２)e j(ω１t１＋ω２t２)dω１dω２在时域用二次脉冲响应函数计算总二阶水动力为(２)F i(t)＝ʏ＋ɕ－ɕʏ＋ɕ－ɕζ(t１)ζ(t２)g i(t－t１,t－t２)d t１d t２＝１４π２ʏ＋ɕ－ɕʏ＋ɕ－ɕZ(ω１)Z(ω２)G i(ω１,ω２)e－j(ω１＋ω２)t dω１dω２(６)２㊀数值计算本文根据式(６)用数值计算方法实现对和频㊁差频二阶水动力的求解.首先对时间和频率进行离散,在频域根据波高和二次传递函数计算每一离散频率点的二阶水动力,再用离散傅里叶逆变换求得离散时间点上的二阶水动力,然后通过插值法求任意时刻的二阶水动力.２．１㊀任意时刻和频二阶水动力(２)F＋i(t)的数值计算对于某一海况,波能通常集中在某一频带,因此为了节省计算时间,确定一阶波频区间[ωL,ωH],可推知和频二阶水动力计算区间为[ωL＋,ωH＋],有ωL＋＝２ωL,ωH＋＝２ωH,ωL和ωH为一阶波频的低频截止频率和高频截止频率,ωL＋和ωH＋为和频二阶水动力的低频截止频率和高频截止频率.对于每一离散频率点ωm＝mΔω,其中m＝１,２, ,N/２,且ωmɪ[ωL＋,ωH＋],求和频二阶水动力,第一项和频二阶水动力频域离散值:(２)Q＋１i(ω２m)＝[Z(ωm)]２G＋i(ωm,ωm)(７)其中,m取小于N/４的全部正整数,其余频率点补零.第二项和频二阶水动力频域离散值: (２)Q＋２i(ωm)＝ðk Z(ωk)Z(ωm－k)G＋i(ωk,ωm－k)(８)其中,k取小于m/２的全部正整数.通过离散傅里叶逆变换求得时域离散值分别为(２)F＋１i(t m)＝I D F T{(２)Q＋１i(ωm)}(９)(２)F＋２i(t m)＝I D F T{(２)Q＋２i(ωm)}(１０)其中,I D F T{}表示离散傅里叶逆变换.和频二阶水动力时域离散值为(２)F＋i(t m)＝１２(２)F＋１i(t m)＋(２)F＋２i(t m)(１１)用插值法求得任意时刻和频二阶水动力(２)F＋i(t).和频二阶水动力计算流程如图２所示,用F O R T R A N语言编写计算代码.流程中的f l o o r(x)为F O R T R A N的内部函数,表示取小于或等于x的整数,(２)Q＋１i(ω０ʒωN/２)＝０表示给数组赋初值.在本文算例中波计算时长T w a v e＝３６００s,步长ΔT w a v e＝０．２s,总步数N＝１８０００.９５９Copyright©博看网. All Rights Reserved.图２㊀和频二阶水动力计算流程２．２㊀任意时刻差频二阶水动力(２)F－i(t)的数值计算差频二阶水动力计算区间为[ωL－,ωH－],有ωL－＝０,ωH－＝ωH－ωL,差频二阶水动力的零频分量也称之为平均漂移力,则D－１i(ω０)＝ðN/２k＝１|Z(ωk)|２G－i(ωk,ωk)(１２)为一常实数,无需再进行傅里叶逆变换,平均漂移力(２)F M e a ni(t)＝D－１i(ω０),ω０表示零频率点.差频二阶水动力的非零频分量也称慢漂力,其频域离散值为D－２i(ωm)＝ðN/２－m k＝１Z(ωm＋k)Z(ωk)G－i(ωm＋k,ωk)(１３)其中,k取小于N/２－m的所有正整数.慢漂力的时域离散值为(２)F－２i(t m)＝I D F T{D－２i(ωm)}(１４)用插值法求得任意时刻慢漂力(２)F－２i(t).总的差频二阶水动力为(２)F－i(t)＝(２)F M e a n１i(t)＋(２)F－２i(t)(１５)差频二阶水动力的计算流程与和频二阶水动力的相似,这里就不再给出.３㊀算例与分析３．１㊀计算对象与参数基于以上二阶水动力计算理论,结合浮式风电机整机时域动力学计算模型,针对支撑美国可再生能源实验室(N R E L)５MW参考风机[９]的D e e p C w i n d半潜式平台[１０]进行各种响应计算,浮式平台外形如图３所示,结构尺寸如表１所示,质量属性参数如表２所示,６个自由度的固有频率如表３所示,风机的性能尺寸详见文献[９].本文计算方法同样可应用于风电机其他浮式平台.图３㊀D e e p C w i n d半潜式平台及风电机示意图表１㊀半潜式平台结构尺寸m 上圆柱轴线间距离５０．０上圆柱高度２６．０基圆柱高度６．０主圆柱直径６．５上圆柱直径１２．０基圆柱直径２４．０支架直径１．６表２㊀半潜式平台质量参数平台吃水(m)２０．０平台质量(k g)１４０４００００排水量(k g)１４２６５０００平台横摇惯量(k g m２)２．５６１９３ˑ１０９平台纵摇惯量(k g m２)２．５６１９３ˑ１０９平台艏摇惯量(k g m２)４．２４２６５ˑ１０９表３㊀半潜式平台６个自由度的固有频率自由度固有频率(H z)自由度固有频率(H z)纵荡０．００８横荡０．００８垂荡０．０５８横摇０．０３８纵摇０．０３８艏摇０．０１３㊀㊀浮式平台水动力计算选用单向不规则波模型,采用J O N S WA P波谱,波向与平台纵荡方向一致,表４所示为本文计算选用的３种波况.有效波高H s的值４．５m㊁７．１m㊁１１．８m分别代表中等㊁严峻㊁极限三种海况.图４所示为所用３种有效波高的波谱S(ω),图５所示为H s＝７．１m时平台参考点处的波高时程ζ(t).从波谱图可知,有效波高不同,一阶波频区间稍有不同,为了减少二阶水动力计算量,根据一阶波频区间确定差频㊁和频二阶水动力的计算范围如表５所示.由表３可知,半潜式平台６个自由度的固有频率都处于中等海况一阶波频区间之外的低频段.对于严峻和极限海况,垂荡固有频率处于一阶波谱区间.０６９Copyright©博看网. All Rights Reserved.表４㊀计算波况(J O N S W A P 谱)波况波高(m )谱峰周期(s)峰形系数波１４．５１０１．４波２７．１１２．１２．２波３１１．８１５．５３．０图４㊀有效波高分别为４．５m ㊁７．１m ㊁１１．８m 的J O N S W A P 谱图５㊀有效波高为７．１m 时参考点处的波高时程表５㊀二阶水动力计算频率范围H z波频带H s ＝４．５m H s ＝７．１m H s ＝１１．８m一阶０．０６４~０．２４００．０５６~０．２４００．０４０~０．２４０差频二阶０~０．１７６０~０．１８４０~０．０２０和频二阶０．１２８~０．４８００．１１２~０．４８００．０８０~０．４８０㊀㊀为了深入理解波频作用,排除湍流风低频激励作用的影响,选用稳态风进行激励,计算风速８m /s ㊁１６m /s ㊁２３m /s 分别代表风机额定风速以下㊁额定风速以上㊁临近切出风速时的风况.风向与波向一致,也即０ʎ风向.浮式风电机整机动力学计算的气动载荷模型采用叶素动量定理,考虑轮毂㊁叶尖损失.结构动力学建模采用凯恩方法结合模态叠加法,系泊系统采用准静态模型,一阶水动力计算模型参考文献[９],拖曳阻力采用莫里森公式中的拖曳项计算.水深２００m ,平台吃水２０m ,平台构件所用拖曳系数:主圆柱０．５８,上圆柱０．６１,基圆柱０．６８,支架０．６３.本算例中所使用的附加纵荡线性阻尼为１ˑ１０６N /(m /s),附加横摇和纵摇线性刚度为１．４５ˑ１０９N m /r a d,附加纵荡二次阻尼为２．２５ˑ１０６N /(m /s )２,附加二次纵摇阻尼为５ˑ１０６N m /(r a d /s )２.浮式平台响应计算时长为１０００s ,取后５００s 进行统计值计算.３．２㊀二阶水动力计算方法验证文献[２Ｇ３]对本算例中的半潜式浮式风电机进行了１ʒ５０比例模型风浪水池测试.图６所示为在无风波况２作用下,半潜式平台纵荡和纵摇响应功率谱P i (ω)的计算结果与试验结果.从图６可以看出计算结果与试验结果基本一致,这说明水动力(包括一阶和二阶)计算模型和方法是可行的.在低频段,纵荡和纵摇固有频率处的共振峰由差频二阶力激励所致,用本文二阶水动力计算方法很好地呈现了试验结果,这说明本文二阶水动力计算方法的正确性.(a)纵荡响应功率谱(b)纵摇响应功率谱图６㊀无风波况２作用下,一阶二阶水动力共同激励响应功率谱计算结果与测试结果３．３㊀响应计算与分析本文针对以下两种激励条件,计算和分析二阶水动力对半潜式平台的激励响应:①无风只有波激励;②风㊁浪联合激励.对应海上浮式风电机的正常运行状态和生存状态,处于正常运行状态时受风㊁浪的联合激励,处于生存状态时风电机停机,风轮叶片顺桨,此时风大但风力小,主要受波力的作用,与无风只有波激励的情况相似.３．３．１㊀无风二阶水动力激励特性图７所示为无风㊁波高为７．１m 时,一阶水动力单独激励与一阶二阶水动力共同激励下,平台各自由度的响应幅值谱A i (ω).从图７可知,在无风条件下,０ʎ波向的二阶水动力在横摇固有频率处激起了明显的共振峰,但激励幅值很小,可视为无响应,考虑二阶水动力对横摇的影响无实际意义.横荡和艏摇也是如此,幅值谱就不再给出.对于纵荡和纵摇,一阶水动力在整个低频区间０~０．０５６H z有一定的激励幅１６９ Copyright ©博看网. All Rights Reserved.值,在固有频率处甚至有幅值不大的一阶水动力共振峰.二阶水动力对整个低频区间的激励有所增强,在固有频率处激起了大幅值的共振峰.垂荡固有频率为０．０５８H z ,处于一阶波频区间,从垂荡幅值谱可见一阶水动力在固有频率附近激励幅值较大.二阶水动力在整个低频区间对垂荡的激励都较弱.在波高为４．５m 和１１．８m 的海况中,半潜式平台各自由度的响应幅值谱与波高为７．１m 海况的响应幅值谱相似,因此其他两种海况下的响应幅值谱不再给出.(a)纵荡响应幅值谱(b)垂荡响应幅值谱(c)横摇响应幅值谱(d)纵摇响应幅值谱图７㊀波高７．１m ㊁无风时,一阶水动力激励和一阶二阶水动力共同激励响应幅值谱表６所示为无风条件下,波高分别为４．５m ㊁７．１m ㊁１１．８m 时,一阶水动力单独激励和一阶二阶水动力共同激励平台各自由度响应均值和标准差.从表６可看出,一阶二阶水动力共同激励与一阶水动力单独激励响应之间存在均值差和标准差差值.均值差主要是平均漂移力激励所致,因此可用均值差衡量平均漂移力的激励作用.标准差可衡量响应的振荡幅值,用标准差差值衡量慢漂力的激励作用.表６㊀无风不同波高条件下,平台一阶波激励与一阶二阶波共同激励响应统计值响应均值标准差４．５m７．１m １１．８m ４．５m ７．１m１１．８m一阶二阶纵荡(m )０．８１１１．０８２１．０５８１．００６１．４８７３．８０４一阶纵荡(m )０．０１３０．００５０．０４８０．４５００．９８８３．２１１一阶二阶垂荡(m )０．００８０．０３１０．１０９０．１９６０．５０７１．７９３一阶垂荡(m )－０．０１０－０．００９－０．００６０．１８８０．５０２１．７８３一阶二阶纵摇(ʎ)－０．０５４－０．０４８－０．０８７０．４８３０．８３１１．２０３一阶纵摇(ʎ)－０．０７８－０．０８２－０．１１２０．３２１０．５６９０．９７７㊀㊀表７所示为无风条件下,波高分别为４．５m ㊁７．１m ㊁１１．８m 时,一阶水动力单独激励和一阶二阶水动力共同激励平台各自由度响应均值差和标准差差值.从表７可知,在三种海况下,平均漂移力会使纵荡响应发生较大的漂移,垂荡和纵摇响应的漂移值较小.各自由度响应均值差随波高变化,但不是单调的.纵荡响应标准差差值最大,纵摇次之,垂荡很小,这说明慢漂力对纵荡和纵摇可以激起较大的振荡幅值,对垂荡的激励作用很弱.标准差差值随波高变化,也不是单调的,因此平均漂移力和慢漂力对平台各自由度的激励作用会随波高变化,但不是单调的.表７㊀无风不同波高情况下,平台一阶波激励与一阶二阶波共同激励响应均值差和标准差差值响应均值差标准差差值４．５m７．１m １１．８m ４．５m７．１m １１．８m纵荡(m )０．７９８１．０７７１．０１００．５５６０．４９９０．５９３垂荡(m )０．０１８０．０４００．１１５０．００８０．００５０．０１０纵摇(ʎ)０．０２４０．０３４０．０２５０．１６２０．２６２０．２２６３．３．２㊀风浪联合作用下二阶水动力激励特性图８所示为波高７．１m ㊁风速８m /s 时,一阶水动力单独激励和一阶二阶水动力共同激励下,平台各自由度响应幅值谱.从图８看到,在风浪联合作用下,一阶水动力在横摇固有频率附近激起了明显的共振峰,二阶水动力增强了共振峰,但幅值很小,横荡和艏摇的情况也是如此,相似的图就不再给出.图８中,对于纵荡和纵摇,一阶水动力在整个低频段有一定的激励幅值,二阶水动力在固有频率附近出现了幅值不大的共振峰.对于垂荡,一阶水动力在０．０５８H z 附近的激励幅值较大,这是固有频率处于一阶波频区间的缘故,二阶水动力在整个低频范围稍有增强激励幅值.对波高为２６９ Copyright ©博看网. All Rights Reserved.７．１m ,风速分别为１６m /s ㊁２３m /s ,波高为４．５m 和１１．８m ,风速分别为８m /s ㊁１６m /s ㊁２３m /s 的风浪联合激励响应幅值谱与图８相似,因此不再给出图.(a)纵荡响应幅值谱(b)垂荡响应幅值谱(c)横摇响应幅值谱(d)纵摇响应幅值谱图８㊀波高７．１m ㊁风速８m /s 时,一阶水动力激励和一阶二阶水动力共同激励响应幅值谱表８是波高为７．１m ,风速分别为８m /s㊁１６m /s ㊁２３m /s 时,一阶水动力单独激励和一阶二阶水动力共同激励响应统计值.从表８可知,纵荡均值差在不同风速下约为１m ,随风速变化很小,垂荡和纵摇响应均值差不大,随风速基本不变.这说明平均漂移力对纵荡响应的影响较大,对垂荡和纵摇响应的影响较小,且基本上不受风速的影响.纵摇标准差在三种风速下分别为０．１２５㊁０．１４０㊁０．１６０,纵荡和垂荡的标准差差值比纵摇小一个数量级,且各自由度的标准差差值随风速变化很小.这说明在风浪联合作用下,慢漂力对半潜式平台各自由度的激励作用都较弱,且随风速变化基本不变.表９是风速为８m /s ,波高分别为４．５m ㊁７．１m ㊁１１．８m 时,一阶水动力单独激励和一阶二阶水动力共同激励响应统计值.从表９可知,纵荡㊁垂荡㊁纵摇均值差随波高变大,标准差差值总体来说都很小,随波高有变化,但不是单调的.这说明在风浪联合作用下,平均漂移力对纵荡㊁垂荡㊁纵摇的激励作用随波高变化,即波高越大,激励作用越强.表８㊀波高７．１m 时,不同风速下一阶水动力激励和一阶二阶水动力共同激励响应均值差和标准差差值响应均值差标准差差值８m /s １６m /s２３m /s ８m /s １６m /s ２３m /s 纵荡(m )０．９６８０．９６１１．０２０．０６４０．０６６０．０６７垂荡(m )０．０４５０．０４５０．０４５０．０１７０．０１７０．０１６纵摇(ʎ)０．０３４０．０３００．０３００．１２５０．１４００．１６０表９㊀风速８m /s 时,不同波高下一阶水动力激励和一阶二阶水动力共同激励响应均值差和标准差差值响应均值差标准差差值４．５m７．１m １１．８m ４．５m７．１m １１．８m纵荡差值(m )０．４４９０．９６８１．００３０．０３５０．０６４０．０３５垂荡差值(m )０．０１６０．０４５０．１０６０．００６０．０１７０．００６纵摇差值(ʎ)０．０１６０．０３４０．０４８０．０４５０．１２５０．０９８㊀㊀慢漂力对半潜式平台各自由度的激励作用都较弱,且随波高有相对较大的变化.３．３．３㊀其他激励特性对比图９是波高４．５m ,无风和有风一阶二阶水动力共同激励下,半潜式平台纵荡和纵摇响应幅值谱,有风时的风速为８m /s .从图９可知,对于纵荡和纵摇,有风条件下二阶水动力激励幅值相比无风时的要小很多,这是因为在有风条件下存在气动阻尼,抑制了二阶水动力的激励作用.(a)纵荡响应幅值谱(b)纵摇响应幅值谱图９㊀波高４．５m ,风速８m /s ,无风和有风一阶二阶波共同激励浮式平台自由度响应幅值谱在有风条件下,本文计算的纵荡和纵摇响应幅值谱与文献[２]试验测得的响应谱有差别,文献[２]中气动阻尼几乎完全抑制了低频共振响应,而３６９ Copyright ©博看网. All Rights Reserved.本文在低频段仍有较小的响应幅值,这是由于在计算模型中纵荡和纵摇阻尼过小造成的.从图７㊁图８还可看出,在和频二阶水动力计算频率范围０．１１２~０．４８０H z,纵荡㊁垂荡及纵摇响应幅值谱几乎不受二阶水动力的影响,这说明在无风或有风条件下,和频二阶水动力对半潜式平台的激励作用可以忽略.４㊀结论本文针对海上浮式风电机,提出浮式平台二阶水动力的通用计算方法,并结合海上浮式风电机整机时域动力学计算模型.以支撑美国可再生能源实验室(N R E L)５MW参考风机的D e e p C w i n d半潜式平台为算例,在无风或有稳态风时,在一阶二阶水动力共同激励下,用本文计算方法计算的纵荡㊁纵摇响应谱与文献[２]试验测得的响应谱相近,验证了本文计算方法的可行性.基于本文提出的计算方法,通过对算例的计算和分析,结果表明,对于半潜式浮式平台在本文计算条件下有如下结论:(１)在无风或有风时,可忽略和频二阶水动力的激励作用,只考虑平均漂移力和慢漂力的激励作用.(２)在无风时,慢漂力能激起纵荡和纵摇特征模态,产生低频共振响应,且响应幅值随波高变化.平均漂移力对纵荡的影响较大,对纵摇的影响较小,且随波高变化.(３)在风浪联合激励下,由于存在气动阻尼,慢漂力在纵荡㊁纵摇固有频率附近的激励幅值明显受到了抑制,随风速基本不变,随波高有相对较大的变化.平均漂移力对纵荡的激励较强,对纵摇的激励较弱,随风速基本不变,随波高激励增强.(４)在无风或有风时,二阶水动力对垂荡的激励作用都很弱.参考文献:[１]㊀R o a l dL,J o n k m a nJ,R o b e r t s o nA,e t a l．T h eE f f e c t o fS e c o n dＧo r d e r H y d r o d y n a m i c so n F l o a t i n g O f fＧs h o r e W i n d T u r b i n e s[J]．E n e r g y P r o c e d i a,２０１３,３５:２５３Ｇ２６４．[２]㊀G o u p e eAJ,K o oB,K i m b a l l R W,e t a l．E x p e r i m e nＧt a l C o m p a r i s o n o f T h r e e F l o a t i n g W i n d T u r b i n eC o n c e p t s[J]．J o u r n a lo f O f f s h o r e M e c h a n i c sa n dA r c t i cE n g i n e e r i n g,２０１４,１３６(２):０２０９０６．[３]㊀K o o B,G o u p e e A J,L a m b r a k o s K,e ta l．M o d e l T e s t s f o r aF l o a t i n g W i n d t u r b i n e o nT h r e eD i f f e r e n tF l o a t e r s[J]．J o u r n a lo f O f f s h o r e M e c h a n i c s a n dA r c t i cE n g i n e e r i n g,２０１４,１３６(２):０２０９０７．[４]㊀Lóp e zＧP a vónC,W a t a iR A,R u g g e r iF,e t a l．I n f l uＧe n c e o fW a v e I n d u c e dS e c o n dＧo r d e rF o r c e s i nS e m iＧs u b m e r s i b l eF OWT M o o r i n g D e s i g n[J]．J o u r n a lo fO f f s h o r e M e c h a n i c sa n d A r c t i cE n g i n e e r i n g,２０１５,１３７(３):０３１６０２．[５]㊀C o u l l i n g A J,G o u p e e A J,R o b e r t s o n A N,e ta l．V a l i d a t i o n o fa F A S T S e m iＧs u b m e r s i b l e F l o a t i n gW i n d T u r b i n e N u m e r i c a l M o d e l w i t h D e e p C w i n dT e s tD a t a[J]．J o u r n a l o fR e n e w a b l e a n dS u s t a i n a b l eE n e r g y,２０１３,５(２):０２３１１６．[６]㊀P i n k s t e r JA,H u i j s m a n sR H M．T h eL o wF r e q u e nＧc y M o t i o n so faS e m iＧs u b m e r s i b l e i n W a v e s[C]//B O S SC o n f e r e n c e．C a m b r i d g e,M a s s a c h u s e t t s,１９８２:４４７Ｇ４６６．[７]㊀K a r i m i r a d M．M o d e l i n g A s p e c t s o f aF l o a t i n g W i n d T u r b i n ef o r C o u p l e d W a v eＧw i n dＧi n d u c e d D y n a m i cA n a l y s e s[J]．R e n e w a b l eE n e r g y,２０１３,５３:２９９Ｇ３０５．[８]㊀B a y a t i I,J o n k m a n J,R o b e r t s o nA,e t a l．T h eE f f e c t s o f S e c o n dＧo r d e rH y d r o d y n a m i c s o naS e m i s u b m e r sＧi b l eF l o a t i n g O f f s h o r e W i n d T u r b i n e[R]．G o l d e n,C O:T h e N a t i o n a l R e n e w a b l e E n e r g y L a b o r a t o r y(N R E L),２０１４．[９]㊀J o n k m a n JM．D y n a m i c sM o d e l i n g a n dL o a d sA n a lＧy s i so f a nO f f s h o r eF l o a t i n g W i n dT u r b i n e[D]．F o r tC o l l i n s:C o l o r a d oS t a t eU n i v e r s i t y,２００１．[１０]㊀B e n i t z M A,S c h m i d tD P,L a c k n e r M A,e ta l．C o m p a r i s o n o f H y d r o d y n a m i c L o a d P r e d i c t i o n sb e t w e e n E n g i n e e r i n g M o d e l sa n d C o m p u t a t i o n a lF l u i d D y n a m i c sf o rt h e O C４ＧD e e p C w i n d S e m iＧS u b m e r s i b l e[C]//T h eA S M E２０１４３３r dI n t e r n aＧt i o n a lC o n f e r e n c eo n O c e a n,O f f s h o r ea n d A r c t i cE n g i n e e r i n g．S a nF r a n c i s c o,C a l i f o r n i a,２０１４．(编辑㊀郭㊀伟)作者简介:彭春江,女,１９７７年生.湖南大学机械与运载工程学院博士研究生,湖南科技大学机电工程学院讲师.主要研究方向为海上浮式风力发电机组动力学及控制系统.胡燕平,男,１９５７年生.湖南科技大学机电工程学院教授㊁博士研究生导师.程军圣,男,１９６８年生.湖南大学机械与运载工程学院教授㊁博士研究生导师.沈意平,女,１９８２年生.湖南科技大学机械设备健康维护省重点实验室副教授㊁博士.４６９Copyright©博看网. 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一种基于延迟函数的海洋浮式结构频域响应算法[发明专利]
![一种基于延迟函数的海洋浮式结构频域响应算法[发明专利]](https://img.taocdn.com/s3/m/285737a6852458fb760b566e.png)
专利名称：一种基于延迟函数的海洋浮式结构频域响应算法专利类型：发明专利
发明人：刘福顺,陈杰峰,卢洪超,刘程程,金磊,齐聪山,崔高杰,高树健,来庆昊,王睿敏,刘丽
申请号：CN201710800431.X
申请日：20170907
公开号：CN107704427A
公开日：
20180216
专利内容由知识产权出版社提供
摘要：本发明涉及海洋浮式结构动力响应分析技术领域，具体涉及一种基于延迟函数的海洋浮式结构频域响应算法,包括如下步骤，S1.将Cummins运动方程中的延迟函数进行复指数分解，求解延迟函数在Laplace域中的表达式；S2.求解Cummins运动方程中的传递函数在Laplace域中的表达式；S3.将Cummins运动方程中的外荷载进行复指数分解，求解外荷载在Laplace域中的表达式；S4.计算频域运动响应。
该算法用复指数分解技术，将时域方程中的延迟函数项表示成极值、留数的复指数形式，进而得到延迟函数在Laplace域内的表达式，以Laplace域内的传递函数为桥梁，与频域荷载作用求解得到结构的频域运动响应；对于频域荷载的求解，本方法使用复指数分解技术而非FFT，克服了外荷载需基于周期性谐波假设的不足，使得周期荷载成为了本方法的一个特例。
申请人：中国海洋大学
地址：266100 山东省青岛市市南区鱼山路5号
国籍：CN
代理机构：青岛中天汇智知识产权代理有限公司
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风浪流作用下半潜平台水动力及其锚泊系统响应分析
风浪流作用下半潜平台水动力及其锚泊系统响应分析刘灶;陈超核【摘要】The hydrodynamic model,including the main body of a semi-submersible platform and its mooring system, was established based on the parameters of a semi-submersible platform.Based on the potential flow theory,the frequency-domain a-nalysis method was used to calculate the hydrodynamic performance and the motion response of this platform in different wave di -rection.The time-domain analysis method was used to analyze the nonlinear coupling motion between this semi -submersible plat-form and its tensioned mooring system under a complex condition with wind, wave and current loadings, which were compared with catenary mooring.The results showed that this platform has a good motion performance in high frequency range,so that the tensioned mooring system is better than the catenary.%针对某半潜平台主体和锚泊系统建立整体水动力模型,基于势流理论,在频域内计算平台在不同浪向下规则波中的水动力及其运动响应;在时域中计算张紧式系泊系统在风、浪、流联合作用下的非线性耦合运动响应,与悬链线系泊系统进行对比分析,结果表明,该半潜平台在高频范围内运动性能良好;深水环境中采用张紧式系泊要比悬链线系泊有优势.【期刊名称】《船海工程》【年(卷),期】2018(047)001【总页数】5页(P75-79)【关键词】半潜平台;频域运动响应;耦合模型;时域非线性响应;张紧式系泊【作者】刘灶;陈超核【作者单位】华南理工大学土木与交通学院,广州510641;华南理工大学土木与交通学院,广州510641【正文语种】中文【中图分类】U661.3海洋平台在遭遇恶劣海况时不能主动避航，并且在进行海上油气作业时要求其具有低幅运动特性。
海上浮式结构物的模糊运动响应分析初探
海上浮式结构物的模糊运动响应分析初探
陈宝锋;聂柱中;沈昌礼;戴秋萍
【期刊名称】《国防交通工程与技术》
【年(卷),期】2008(006)004
【摘要】为进一步客观反映海上浮式结构在波浪中的运动响应,对其进行不确定性分析特别是模糊运动响应分析是十分必要的.运用模糊统计方法,并结合试验分析了波浪载荷及系泊约束的模糊性,对系泊结构的系统模糊性进行了初步描述,推导了相应的模糊运动方程.研究表明,模糊性因素的存在,按传统的确定性算法难以准确反映结构的真实受力及运动情况,先将波浪载荷等输入模糊化后再求解方程并结合试验数据综合确定系统的受力和运动,这是目前较有效的改进方法.
【总页数】5页(P24-28)
【作者】陈宝锋;聂柱中;沈昌礼;戴秋萍
【作者单位】驻江苏省航务军事代表办事处,江苏,南京,210004;驻江苏省航务军事代表办事处,江苏,南京,210004;军事交通学院军事交通系,天津,300161;河海大学水利水电工程学院,江苏,南京,210098
【正文语种】中文
【中图分类】U661.3
【相关文献】
1.海上浮式风机运动对风机结构载荷影响研究 [J], 李嘉文;唐友刚;曲晓奇
2.基于CFD流固耦合理论的海上浮式结构物水动力性能分析 [J], 马哲;程勇;翟钢
军
3.超大型海上浮式结构物连接器基座强度分析 [J], 李良碧;李嘉宾;董佳欢;贾倩倩;顾海英;汤明刚;罗广恩
4.大型围圈型浮式结构物的波浪运动响应分析 [J], 李维;周利兰;吴卫国
5.大型海上浮式结构物环境影响分析及生态保护建议 [J], 杜尊峰;刘治余;赵羿羽;侯思微;于涛
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(19)中华人民共和国国家知识产权局
(12)发明专利申请
(10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请号 201910119075.4
(22)申请日 2019.02.18
(71)申请人 中国海洋大学
地址 266000 山东省青岛市崂山区松岭路
238号
(72)发明人 董胜 赵玉良 姜逢源 陶山山
张日
(74)专利代理机构 青岛中天汇智知识产权代理
有限公司 37241
代理人 王丹丹
(51)Int.Cl.
G06F 17/50(2006.01)
G06N 3/04(2006.01)
(54)发明名称
基于BP-FEM对海洋浮式平台系泊系统响应
的预测方法
(57)摘要
本发明公开一种基于BP -FEM对海洋浮式平
台系泊系统响应的预测方法，基于BP神经网络理
论构建系泊系统设计变量与系泊缆预张力预测
模型，同时提出了改进神经网络方法，构建了系
泊缆在动力环境荷载下的张力时程响应预测模
型，克服了深海中系泊缆张力难以测量或长时间
监测的缺陷，具体包括静态预测和动态预测两个
方面：1)通过构建静态BP神经网络预测模型以确
定系泊系统设计参数与系泊缆预张力之间的关
系，为系泊系统设计参数的确定提供一种快捷高
效的分析手段；2)通过构建动态BP神经网络预测
模型，结合对数据的动态化处理以确定半潜浮式
平台运动响应与系泊缆张力时程之间的关系；本
方案在保证结果精度的同时，可有效提高分析效
率，对实际浮式平台系泊缆安全监测具有实际工
程意义。
权利要求书3页 说明书13页 附图10页CN 109871609 A 2019.06.11
C N 109871609
A
1.基于BP-FEM对海洋浮式平台系泊系统响应的预测方法，其特征在于，包括以下步骤：
步骤A、确定系泊系统布置方式：确定系泊系统的设计变量，并选择合适的变量参数范围；
步骤B、构建静态BP神经网络模型进行静力响应预测，以确定系泊系统设计参数与系泊缆预张力之间的关系；
步骤C、构建动态BP神经网络模型进行动力响应时程预测，以确定半潜浮式平台运动响应与系泊缆张力时程之间的关系；
步骤D、基于步骤B和步骤C所获得的预测结果，实现不同荷载条件下系泊系统的优化选择。
2.根据权利要求1所述的基于BP-FEM对海洋浮式平台系泊系统响应的预测方法，其特征在于：所述步骤A中，所述的设计变量包括系泊缆与立柱在水平面内的夹角、系泊缆的长度、系泊半径、系泊缆的数目以及系泊缆的组成部分及各部分的长度。
3.根据权利要求1所述的基于BP-FEM对海洋浮式平台系泊系统响应的预测方法，其特征在于：所述步骤B具体包括：
步骤B1、数据库构建：根据步骤A所确定的系泊缆优化参数，选取变量参数代表进行数值模拟或模型试验得到对应的系泊缆预张力，并将系泊设计参数和系泊缆预张力作为训练数据构建数据库；
步骤B2、数据处理：
(1)数据分组：将所构建的数据库分为训练子集、验证子集和测试子集，分别用于训练、测试和验证，以避免过度拟合现象；
(2)数据归一化：基于x norm＝(x-x min)/(x max-x min)对数据库训练子集数据进行归一化，其中，x表示所构建数据库中训练子集数据的实际值，x max和x min分别是训练子集数据的最大值和最小值；
步骤B3、构建静态BP神经网络模型，
并选择作为激励函数，对处理后的数
据进行训练和测试；
步骤B4、静力响应预测：
(1)预张力预测：基于所构建的静态BP神经网络对系泊系统布置变量参数进行细致划分，将变量参数作为输入，通过静态BP神经网络模型即可得到对应的输出预张力；
(2)系泊布置初步确定：根据预张力预测结果排除不合适的布置方式。
4.根据权利要求3所述的基于BP-FEM对海洋浮式平台系泊系统响应的预测方法，其特征在于：所述步骤B3中，对静态BP神经网络模型的训练过程如下：
(1)首先根据系统的输入输出序列(x,y)定义网络输入层节点数n，隐含层节点数l，输出层节点数m，初始化输入层、隐含层和输出层神经元之间的连接权值w ij，w jk，初始化隐含层阈值a，输出层阈值b，给定学习速率和神经元激励函数；
(2)计算隐含层输出基于所选择的激励函数，结合第
k个神经元的隐含层输出值H，连接权值w jk和阈值b，计算BP神经网络预测输出O k：
权 利 要 求 书1/3页
2
CN 109871609 A。