半潜式海上风机平台运动响应可靠度研究

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随着全球环境保护意识的不断增强,清洁能源快速发展,海上风电也迎来了新的机遇和挑战。相比于陆上风电和近海固定式风机,半潜式风机平台的运动性能对于风机平台功能和结构安全非常重要,同时其受到风、浪、流等复杂海洋环境条件的作用,且风、浪、流都具有很强的随机性,使得风机平台安全性问题更加复杂,研究随机风、浪、流作用下半潜式风机平台的安全性具有重要的意义。为了充分考虑风、浪、流随机性对半潜式风机平台的安全性影响,本文采用等效静力可靠度和动力可靠度研究方法,研究半潜式风机平台的运动响应可靠度,主要的研究内容及结论如下:(1)半潜式风机平台的运动特性分析。本文参考Braceless半潜式风机平台的概念设计,采用ANSYS-AQWA建立平台基础水动力数值模型,验证了计算模型的网格质量,同时对半潜式风机平台进行完整稳性分析,计算结果符合浮式风机平台所规定的工程要求。计算半潜式风机平台的附加质量、辐射阻尼、幅值响应算子和固有周期,为半潜式风机平台的运动响应计算提供了重要基础。(2)基于响应面法的半潜式风机平台运动响应等效静力可靠度分析。考虑工程结构关注响应的最大值,将风、浪、流特征参数作用下半潜式风机平台运动响应时程最大值等效相应风、浪、流作用下平台运动的静力响应值,从而建立基于响应面法的半潜式风机平台运动响应等效静力可靠度计算方法。依据统计资料和极值理论确定风、浪、流相关要素的25年设计基准期的荷载概率模型,基于响应面法计算正常运行工况纵荡、垂荡和纵摇运动响应极值等效静力可靠度分别为0.9980、0.9921和0.9526;极端自存工况纵荡、垂荡和纵摇运动响应极值等效静力可靠度分别为0.9410、0.9288和0.9929。(3)基于概率密度演化理论的半潜式风机平台运动响应动力可靠度分析。通过AQWA计算149个离散代表点下不同波高、风速、流速半潜式风机平台的运动响应,采用极值概率密度方法,建立概率密度演化方程求解半潜式风机平台运动响应的极值分布。在规定限值域内积分求得正常运行工况的纵荡、垂荡和纵摇运动响应动力可靠度分别为0.9969、0.9881和0.9502;极端自存工况的纵荡、垂荡和纵摇运动响应动力可靠度分别为0.9399、0.9261和0.9925。与响应面法求解的等效静力可靠度计算结果相近,且都服从相同的规律。对于半潜式风机平台这样的海上高耸结构物,要格外关注在风机正常运行工况转动方向运动响应和极端自存工况平动方向运动响应的安全性。
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