系泊響應的案例
系泊失效后漂浮式風力機平臺動態響應研究
而系泊1與8位于背風側，在其它任何一根系泊失效的情況下，系泊1與8仍無需提供恢復力。
圖4 系泊失效前后Barge平臺平動響應
垂蕩方向上，在系泊失效前后，風浪來流方向都與垂蕩方向垂直，風浪載荷的分力基本為零。故垂蕩響應曲線在系泊失效前后無顯著變化，僅發生小幅波動。
3.2 轉動響應
圖5中三個時域圖分別為Barge平臺在橫搖、縱搖及艏搖三個自由度上不同系泊失效前后的響應曲線，得出系泊失效對平臺橫搖與艏搖響應影響很大，對縱搖影響很小。在艏搖和橫搖方向，失效系泊的位置不同，平臺動態響應差異明顯。
分析數據得出，在縱搖自由度上，8根系泊失效后的響應幅值在14.6°左右，與失效前相比，變化范圍在6%以內，影響很小。縱搖是由風載荷對下部平臺的作用力矩產生的，這個力矩可由葉輪偏航等控制方法來減小，從而增強了風力機的穩定性。
橫搖自由度上，系泊4與系泊5失效后，平臺橫搖偏轉角分別由1.8°增大至7.0°與5.0°，為失效前的3.9倍與2.8倍，與橫蕩類似，系泊4與系泊5位于平臺迎風側，失效后對平臺動態響應變化很大。
艏搖響應是因為平臺側向和縱向受力不均，產生軸向扭矩所致，用來描述漂浮式風力機繞塔基發生的軸向運動。系泊4與系泊5失效后，平臺橫搖偏轉角由1.8°分別增大至17.5°與17.5°，為失效前的9.7倍，平臺艏搖響應最大。這是因為此時平臺發生最大側向與縱向失穩。此時因平臺橫縱向受力不均而產生的軸向扭矩最大，故對平臺艏搖響應影響最大。
圖5 系泊失效前后Barge平臺轉動響應
4 結論
漂浮式風力機平臺因其特有的浮動特性，造成其比固定式基礎有較顯著的六自由度搖蕩運動，且對環境載荷更為敏感。風浪較大時，漂浮式風力機的搖蕩運動所帶來的響應與載荷的增大會影響葉片、塔架及系泊等結構的安全。
展開 非對稱半潛式起重平臺系泊系統特性研究
為創造更有利于平臺鉆井作業的外部環境，袁培銀等[9]提出一種新型多浮體系泊系統，在1500m水深，風、浪、流同向作用下，對平臺－連接體－錨鏈－張力筋腱組成的多浮體結構進行完全時域耦合分析，并將新型多浮體系泊系統和傳統張緊式系泊系統計算結果進行對比分析，結論充分體現新型系泊系統設計的合理性、優越性。白雪平[10]以半潛式平臺為研究對象，設定了相應的規則波，模擬了該平臺在規則波中的時域運動響應。其先根據錨鏈參數設計系泊系統，然后采用8根和12根不同的纜繩布置形式，研究其動力響應的差異。童波等[11]以工作水深為1500m的半潛式平臺為研究對象，設定了系泊纜直徑、長度、預張力角度等相關變量，從而進行平臺系泊系統的動態特性研究。該研究還以纜繩數量、纜繩布置角度為變量，進行了系泊系統的動力響應分析。系列研究結果表明，適當的系泊系統設計，即合適的纜繩數量、合理的纜繩布置角度，對平臺的運動響應特性起到積極影響，能夠提升系泊系統的動力響應性能。
影響平臺及系泊性能的因素很多，如系泊纜數目、系泊纜的松弛度等，本文研究這些參數對非對稱半潛式起重平臺的運動響應和纜繩張力的影響規律。
1 系泊系統布置
考慮作業水深為200m，選取懸鏈線式系泊方式。系泊纜經常采用放射型均勻布置，朝向各個方向，這樣可以提供給平臺任意角度的回復力，保證平臺平穩正常作業。在系泊系統的布置上使用8根或12根鋼纜材質的系泊纜繩，選擇傾斜波浪方向中預計的較大環境負荷的系泊纜繩布局方案，如圖2和圖3所示。平臺坐標系為o-xyz，原點位于平臺方向。圍繞平臺均勻間隔對稱布置，8根系泊纜分為4組，每組由2根構成，每組內系泊纜夾角為45°；12根系泊纜分為4組，每組由3根構成，每組內相鄰系泊纜夾角為30°。
非對稱半潛式起重平臺進行時域仿真模擬的系泊纜參數如表2所示。
展開 基于AQWA的救撈作業場錨泊分析
表3 海洋環境參數
2 頻域計算結果及驗證
不規則的海浪可以簡化為無數個頻率、方向和波幅不同的規則波疊加[5]，因此對艦船的靜水力結果和規則波中的頻域進行了計算，通過頻域分析可以得到模型在不同頻率規則波下的運動響應幅值算子，為后續時域錨泊計算做鋪墊[1]。
2.1 靜水力參數
該文對作業場進行了靜水力計算，計算結果見表4。計算排水量與實際艦船排水量誤差結果為2%，表明靜水力計算結果比較準確。
表4 靜水力計算結果
2.2 響應幅值算子
搖蕩響應幅值算子即單位規則波下艦船的運動幅值。AQWA軟件對艦船的橫搖、艏搖、縱搖、縱蕩、橫蕩和垂蕩6個自由度下隨不同頻率規則波的搖蕩幅值算子定義如公式（1）所示[6]。
式中：Yyζ（ω）為艦船的響應幅值算子；ζA為波幅；YA（ω）為艦船的運動幅值。
救撈作業場在橫向載荷下（90°浪向角）的橫搖響應最嚴重，作業場在波浪作用下發生較大幅度或較高頻的橫搖運動，可能會加大船舶傾斜度和系泊纜繩受力，勢必會對作業場的作業效率和系泊安全造成不利影響，因此需要重點關注。作業場橫搖幅值響應幅值如圖2所示。通過計算浪向角下艦船橫搖響應幅值算子隨周期變化可以得出艦船橫搖運動響應最大為3.56324°/m，對應的浪向角為90°，對應的周期為13.84s，與作業場實際周期誤差在0.7%，進一步驗證了計算的準確性。
3 時域計算結果
取錨泊角為45°下，分別計算船舶在不同浪向角下作業場運動響應最大值和錨纜張力最大值，見表5和表6。
從表5和表6可以看出，船體的橫搖、艏搖、橫蕩運動在浪向角為90°時達到最大值，這是由于作業場橫向載荷的受力面積最大，導致了在橫向浪向下其運動響應最明顯。4個纜繩受力中3號和4號纜繩受力較大，1號和2號纜繩受力較小。
展開 STAR-CCM+系泊問題：漂浮式海洋牧場養殖裝置系泊系統設計
整個系泊系統的設計不僅要考慮浮體的運動，還需要考慮系泊材料的屬性等性能。本文將對比純錨鏈方案和錨鏈-鋼纜-錨鏈組合式系泊方案，系泊材料參數見表3。
根據海洋牧場形式，浮體的固定系泊點設置在結構物浮箱底部，每個系泊點連接兩條錨鏈并與海底錨點連接。錨鏈對稱分布，并且兩兩平行。海域水深為100m。設海洋牧場水平面中心為坐標原點，系泊線布置方式及系泊點數據具體坐標見圖7和表4。
2.5 系泊設計要求
系泊系統的設計不僅要滿足浮體所規定的位移要求，還需要滿足系泊線的強度要求。在作業工況和生存工況下需要保證浮體不會發生傾覆，系泊系統不會斷裂等情況。中國船社級的《海上移動平臺入級規范》對錨鏈不同狀態下張力的安全系數要求見表5。
由于海洋牧場上并沒有長期居住的作業人員，也沒有對運動響應有嚴格要求的裝置，因此運動響應只需要保證在作業工況下裝置的正常工作，生存工況下系泊達到規定的安全系數即可。而對于合理的位移偏移量，也沒有具體的設計規范，因此通過查數據以及經驗，要求作業工況下，平臺的縱蕩和橫蕩運動限定在水深的10%左右。由于風力機具有自動偏航功能，橫搖和艏搖對發電效率影響小，僅考慮縱搖影響。限定作業工況下縱搖角度小于5°。
03
算例分析
在作業工況和生存工況下，分別對海洋牧場的載體及其系泊系統進行時域耦合分析。在作業工況下，海洋牧場需要考慮風力機和水輪機作業時所受推力和力矩。
展開 
ANSYS AQWA系泊分析：漂浮式海洋牧場養殖裝置系泊系統設計
整個系泊系統的設計不僅要考慮浮體的運動，還需要考慮系泊材料的屬性等性能。本文將對比純錨鏈方案和錨鏈-鋼纜-錨鏈組合式系泊方案，系泊材料參數見表3。
根據海洋牧場形式，浮體的固定系泊點設置在結構物浮箱底部，每個系泊點連接兩條錨鏈并與海底錨點連接。錨鏈對稱分布，并且兩兩平行。海域水深為100m。設海洋牧場水平面中心為坐標原點，系泊線布置方式及系泊點數據具體坐標見圖7和表4。
2.5 系泊設計要求
系泊系統的設計不僅要滿足浮體所規定的位移要求，還需要滿足系泊線的強度要求。在作業工況和生存工況下需要保證浮體不會發生傾覆，系泊系統不會斷裂等情況。中國船社級的《海上移動平臺入級規范》對錨鏈不同狀態下張力的安全系數要求見表5。
由于海洋牧場上并沒有長期居住的作業人員，也沒有對運動響應有嚴格要求的裝置，因此運動響應只需要保證在作業工況下裝置的正常工作，生存工況下系泊達到規定的安全系數即可。而對于合理的位移偏移量，也沒有具體的設計規范，因此通過查數據以及經驗，要求作業工況下，平臺的縱蕩和橫蕩運動限定在水深的10%左右。由于風力機具有自動偏航功能，橫搖和艏搖對發電效率影響小，僅考慮縱搖影響。限定作業工況下縱搖角度小于5°。
03
算例分析
在作業工況和生存工況下，分別對海洋牧場的載體及其系泊系統進行時域耦合分析。在作業工況下，海洋牧場需要考慮風力機和水輪機作業時所受推力和力矩。
展開 【8月18-19日 上海/北京】船舶與海洋工程水動力分析入門與提高線下專題課
AQWA主要解決浮體在環境載荷作用下的運動響應、系泊定位、海上安裝作業、船舶航行以及波浪載荷傳遞等方面的問題，深入了解AQWA的基本理論、使用方法以及使用技巧對于提高船舶與海洋工程行業相關研究人員的技術水平，提高實際問題解決能力有重要的推動作用，基于此，特舉辦“ANSYS AQWA軟件入門與提高”專題培訓。
授課專家
高巍
工學碩士，美國機械工程師協會會員，資深浮體工程師，8年軟件工程應用實踐經驗，先后參與20余項大型海洋工程,具有豐富的科研及工程技術經驗。
熟練掌握AQWA、MOSES、WAMIT、Orcaflex、Ariane等海工軟件以及Bladed、FAST風機載荷分析軟件，先后發表專業技術論文近二十篇，著有《ANSYS AQWA軟件入門與提高》一書。
課程大綱
時間地點
時間：8月18-19日
地點上海or北京
培訓費用
3500元，參與活動最高可減500元。
報名方式
長按識別二維碼聯系技術鄰客服報名
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