浮式防波堤的案例
基于AQWA的圓筒型浮式防波堤波浪運動響應分析（上）
摘 要：利用水動力分析軟件AQWA,基于三維勢流理論，采用數值分析法對圓筒型浮式防波堤進行了水動力研究；計算得到了不同浪向下的防波堤幅值響應算子、不同水深下的附加質量、防波堤運動響應和纜索張力。研究結果表明：本浮式防波堤橫蕩、縱蕩與垂蕩運動主要由低頻運動引起；由于系泊纜多為艏纜和艉纜，因而浮體縱蕩運動時域幅值較小，相較橫蕩與垂蕩的運動幅值小一個數量級。
關鍵詞：港口工程;三維勢流理論;浮式防波堤;幅值響應算子;附加質量;
0 引 言
隨著人類對海洋資源開發的深入，對沿岸結構和某些海洋工程結構物保護的需求也越來越大。防波堤作為一種重要的現代海洋工程結構物，能起到減弱外海波浪強度、維持堤內水域平穩、保護港內建筑及海洋工程結構物安全的作用。浮式防波堤是一種常見的海洋工程結構物，主要由浮體結構和系泊系統組成。目前對于浮式防波堤水動力性能的研究大部分是通過數值模擬和物理模型試驗進行。
展開 采用comsol的防波堤仿真分析
image_process=/format,webp/resize,w_219" alt="基于comsol的鋰電池疊片電化學耦合熱分析的圖1" width="219"></span></p><p><br></p><p> 防波堤防御波浪入侵，形成一個掩蔽水域所需要的水工建筑物。</p><p> 位于港口水域的外圍，兼防漂沙和冰凌的入侵，賴以保證港內具有足夠的水深和平穩的水面以滿足船舶在港內停泊、進行裝卸作業和出入航行的要求。有的防波堤內側也兼作碼頭用或安裝一定的錨系設備，可供船泊靠泊。按其平面布置形狀，分突堤和島堤；按斷面形式，分斜坡式、直墻式和混成式三種。</p><p> 防波堤為阻斷波浪的沖擊力、圍護港池、維持水面平穩以保護港口免受壞天氣影響、以便船舶安全停泊和作業而修建的水中建筑物。防波堤還可起到防止港池淤積和波浪沖蝕岸線的作用。</p><p> 它是人工掩護的沿海港口的重要組成部分。一般規定港內的容許波高在0.5～1.0米之間，具體按水域的不同部位、船舶的不同類型與噸位的需要確定。防波堤常由一、二道與岸連接的突堤或不連接的島堤組成，或由突堤和島堤共同組成。防波堤掩護的水域常有一個或幾個口門供船只進出。</p><p> </p><p> 此次采用comsol多相流的縮比模型，定性分析防波堤降低海浪侵襲功能。此次計算了一個海浪沖灘過程中，有無防波堤的對比。
展開 15萬噸的碳纖維航道防波堤工程，成功通過專家的論證
前幾天，江蘇南通洋口港15萬噸航道防波堤工程的一項關鍵技術--“高性能纖維增強復合材料與新型結構關鍵技術研究與應用”通過了國家“十三五”重點研發計劃項目實施方案專家組論證。
據介紹，洋口港15萬噸航道防波堤包含東西兩段，總長6000米。在這次工程施工中，防波堤格柵板的縱筋和箍筋均采用了纖維增強復合材料，這一材料具備輕質、高強、耐腐蝕的特點，用它來替代鋼筋，可消除鋼筋銹蝕后帶來的安全隱患，并能夠解決傳統建筑材料不能解決的部分技術難題。
在現場察看了工程建設情況后，來自清華大學、同濟大學上海市政工程設計研究總院（集團）有限公司、中交上海港灣工程設計研究院有限公司的專家們都認為，在海洋工程中用這一新型材料替代鋼筋，是徹底解決銹蝕難題的有效辦法之一，一致同意該技術項目通過論證。
“用纖維增強復合材料做格柵板，在我國近海工程建設中還是第一次大規模嘗試。”項目負責人、教授級高工李榮表示，高性能纖維增強復合材料在洋口港航道工程的成功運用，對于未來普遍推廣具有重要的借鑒和示范意義。
（來源：碳纖維體驗館）
展開 【iSolver案例分享47】海洋浮式基礎受水平風浪荷載
【iSolver案例分享47】海洋浮式基礎受水平風浪荷載
1. 模型背景
浮式基礎在深海中應用廣泛(見下圖)，例如被用做深海石油和天然氣的開采平臺。近幾年，海上浮式平臺被用作風機基礎也越來越多，對浮式平臺的力學性能研究也愈發顯得重要。海洋浮式平臺的建筑材料主要為鋼材，本案例研究其在風浪水平荷載下的力學行為。
海洋浮式基礎(floating foundation)
2. 建模
該模型為3維模型，材料的為鋼材，楊氏模量為215Gpa,泊松比為0.28。平臺上部為1個20m×20m的承臺，平臺通高為12m,底部為4個5m×5m的基座。
模型的網格劃分
模型底部被錨鏈固定， 水平方向受50kPa的均布風浪荷載
3. 結果對比
1) 應力
米塞斯應力
iSolver結果：
應力分布
Abaqus結果：
應力分布
2) 總應變
iSolver結果：
Abaqus結果：
3) 位移
iSolver結果：
Abaqus結果：
4） 支座反力
iSolver結果：
Abaqus結果：
4. iSolver中動畫如下
5. iSolver免費下載
iSolver為免費軟件，且無license限制，最新版免費下載地址如下：
https://www.yqgqt.org.cn/content/post/337351
6.
展開 
【數值仿真】海上浮式風力機動力響應分析與數值仿真關鍵技術研究
本文的研究成果可以有效解決實際工程項目中浮式風力機數值模型建立的難點,對促進我國風電產業技術發展,加速我國海上風電商業化進程具有重要意義。
浮式風力機數值模型建立方法
目前,對于風力機氣動載荷的計算大多采用葉素-動量理論,盡管該方法無法給出葉片翼型附近的流場信息,但是,其計算簡便效率高,廣泛應用于浮式風力機工程計算。水動力載荷的分析則主要基于三維勢流理論,采用海洋工程領域常用的水動力分析軟件求解浮體水動力系數,進而進行時域水動力分析。由于三維勢流理論無法考慮浮體的黏性效應,軟件采用Morison方程的拖曳項模擬浮式風力機的黏性阻尼。
浮式風力機系統結構形式復雜,既包括了葉片、塔柱和傳動軸等柔性構件,又包括了機艙和浮式基礎等剛性結構。因此,不同數值仿真軟件對于浮式風力機系統結構動力學模型的建立區別較大。目前,對于浮式風力機整體結構采用的建模方法主要有多體方法和有限元方法,對于葉片和塔柱等彈性體動力響應的求解則主要采用模態法和有限元方法。
海上浮式風力機數值仿真模型建立
本文以某浮式風力機工程項目為例,針對海上浮式風力機工程樣機在數值仿真過程中的關鍵技術進行研究。浮式風力機系統的結構形式如圖1所示,整個系統上部設置7.25MW風力發電機,底部采用四立柱半潛型浮式基礎。系泊系統的布置情況如圖2所示,在每個邊立柱的底部設置3根系泊錨鏈,采用3×3的懸鏈線式系泊。
圖1 浮式風力機結構示意圖
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圖2 浮式風力機系泊系統布置圖
水動力模型的建立
在AQWA中建立浮式基礎的水動力模型如圖3所示。基于三維勢流理論計算浮式基礎的水動力系數,包括靜水恢復力系數、附加質量和阻尼系數以及一階和二階波浪載荷傳遞函數,其中0°入射方向下一階波浪載荷傳遞函數的計算結果如圖4所示。
展開 學術論文|面向深遠海的新型海上風力機浮式平臺水動力性能研究
在結合現有浮式風機平臺方案優點的基礎上，建立面向深遠海浮式風力機平臺的流程化設計方法并研發新型浮式風機平臺方案，對于未來深遠海風能具有重要的理論意義和工程應用價值。
鑒于此，本文基于初穩性設計原理并借鑒半潛式與單柱式浮式平臺的結構特點，設計了一種大吃水、小水線面積、具有傾斜側柱的新型浮式平臺，根據穩性與設計要求改變結構主尺度與調整質量分布從而對平臺初始參數進行迭代優化。
圖1 新型浮式平臺結構圖
02
新型浮式平臺設計方案
提高浮式平臺穩性有2種辦法：降低重心與增大慣性矩。當前主流的浮式平臺亦是基于這 2 種辦法設計的，例如單柱式平臺通過增大吃水深度從而降低重心，半潛式平臺通過多立柱設計從而增大慣性矩。
然而，上述2類方案均存在其弊端。例如，一味降低重心勢必會增加適用水深與制造成本，導致浮式平臺適用性的降低；而一味增大側柱間距或直徑雖可增大慣性矩，但將導致支撐結構的應力增大，且平臺排水體積增加導致垂蕩共振易于發生。故本文提出，新平臺方案采取將側柱由中間向外傾斜，使得側柱向外傾斜一定角度，保證具有足夠的慣性半徑從而顯著增大慣性矩。在此設計思想的基礎上進行新平臺尺寸參數優化，該流程如圖2所示。
展開 【CFD數值模擬算例】水面浮體（浮式風電塔）與波浪的流固耦合動力響應數值模擬
1、模型建立
幾何模型: 根據浮式風電塔的實際形狀和尺寸，建立其三維幾何模型。
物理模型: 描述波浪、浮體和流體（水）之間的相互作用。這需要考慮流體力學、彈性力學和動力學。
2、波浪模擬
使用譜分析方法或其他波浪生成技術，模擬實際海洋環境中的波浪。
調整波浪參數，如波高、波長、周期等，以匹配實際條件。
3、流固耦合分析
設置浮體與流體之間的交互邊界條件。這通常涉及到動網格技術，以適應浮體的運動。
應用合適的數值方法，如有限元法(FEM)或有限體積法(FVM)，解決流固耦合方程。
4、動力響應計算
求解浮體的運動方程，得到其位置、速度和加速度隨時間的變化。
分析浮體的動力響應，包括振幅、頻率和響應譜等。
5、結果可視化與驗證
使用可視化工具，展示浮體的運動軌跡、波浪形態和流體動力變化。
通過與實驗數據或其他可靠來源的對比，驗證模擬結果的準確性。
6、參數化與優化
改變浮體的幾何參數、材料屬性或運行條件，觀察其對動力響應的影響。
基于數值模擬結果，提出浮式風電塔設計的優化建議。
7、模擬報告與文檔
編寫詳細的模擬報告，記錄模型設置、方法、結果和結論。
整理相關的文檔和腳本，確保模擬過程可重復和可追溯。
通過這些步驟，可以對水面浮體（如浮式風電塔）與波浪的流固耦合動力響應進行詳細的數值模擬，以支持工程設計和決策。
文章內容轉自：“云數仿真”公眾號
展開 中國海裝海上浮式項目獲工信部立項 賦能深遠海風電探索
日前，國家工業和信息化部公示了2018年高技術船舶擬立項科研項目，中國海裝申報的“海上浮式風電裝備研制”項目成功立項。
高技術船舶科研項目評選由工業和信息化部（高技術船舶司）組織，旨在貫徹落實《中國制造2025》，推進戰略新興海工裝備工程實施，提升我國高端裝備研發設計水平。
中國海裝此次獲立項的“海上浮式風電裝備研制”項目，擬通過開展海上浮式風電裝備總體設計、系泊系統設計、制造與調試等關鍵共性技術研究，完成大功率海上浮式風電裝備研制，并實現海上浮式風電裝備的工程示范應用。
隨著國家的重視和產業的逐步成熟，國內海上風電正呈現加速發展的趨勢。中國海裝“海上浮式風電裝備研制”項目的實施，將填補國內目前在大功率海上浮式風電裝備一體化設計及應用驗證方面的空白，為我國遠海風電規模化發展提供必要技術支撐，對實現海上風電裝備制造業自主創新與產業升級具有重要的意義。
中國海裝作為國家唯一的海上風力發電工程技術研究中心依托單位，肩負著風電產業國家隊的使命。經過多年潛心發展，中國海裝已在近海領域積累了引領行業的技術和經驗，而海上浮式風電裝備項目研發，將助力中國海裝進軍深遠海領域，為推動國家能源結構戰略轉型做出新的貢獻。
展開 LS-DYNA軟件SALE方法開展浮式風電基礎漂浮模擬(k文件） ￥100
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