- 达邵炜;付世晓;许玉旺;李德江;宋斌;
中国海岸线绵长，海上光伏可装机规模巨大，海上浮式光伏平台受到广泛关注。为了发挥规模优势及经济效益，其通常被设计为联排形式。针对浮式联排光伏平台开展了系统性的数值分析，研究了刚性和柔性两种连接件设计形式。针对刚性连接件，研究释放不同转角约束下浮体运动响应以及连接件受力情况；对于柔性连接件，考察了拉伸刚度对整个光伏系统力学性能的影响规律。此外，研究了不同环境载荷组合下的多浮体响应特性以及连接件承载能力。研究结果表明，刚性连接件转角约束可有效限制浮体纵荡、纵摇运动，柔性缆绳拉伸刚度在一定范围内影响浮体纵荡响应特性；在两种连接方案下，连接件载荷响应与环境载荷组合有关，光伏系统内外侧连接件分别呈现不同承载力特性。
2025年01期 v.43 15-29页 [查看摘要][在线阅读][下载 3047K] [下载次数：697 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：14 ] - 田正林;邱湘鹏;温鸿杰;
海上光伏电站是解决光伏开发与土地资源之间矛盾的有效手段，但海上环境条件复杂，极端海况时常发生，这就给海上光伏板的生存带来了巨大挑战。海上光伏板在极端波浪作用下的冲击荷载空间分布及其大小是影响光伏板工作性能及生存安全的关键因素，需要对其进行深入研究。基于OpenFOAM~?开源软件包建立了数值模型，对极端海况下海上光伏板的水动力特性进行了数值模拟研究。在对数值模型进行充分验证的基础上，开展了操作海况和极端海况下海上光伏板的水动力特征研究，分析不同波浪条件下光伏板所受波浪冲击荷载的时空分布规律。研究结果表明：操作海况下和极端海况下光伏板的水动力特性有很大不同，操作海况波浪未发生波浪冲击和越浪现象，而极端海况却发生了波浪冲击和越浪；极端海况下光伏板前半段波浪冲击呈现出明显的二次峰值现象，而光伏板后半段波浪冲击却无二次峰值现象；极端海况下波浪冲击压力最大值沿板长呈先增大后减小的趋势，海上光伏板所受波浪荷载在板上方（2/5～3/5)L(L为板长）处波浪冲击荷载最大。该研究成果将为海上光伏板极端海况下的防灾减灾结构设计提供参考，以避免极端荷载作用下光伏板受波浪冲击作用而产生破坏。
2025年01期 v.43 30-39页 [查看摘要][在线阅读][下载 1810K] [下载次数：804 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：11 ] - 吴勇虎;李元芳;朱建赫;勾莹;于广欣;于邦廷;张一平;
针对柔性薄膜式海上漂浮式光伏结构，开展了不规则波作用下薄膜式结构运动响应和系泊力的物理模型试验研究。选取2个不规则波、3个波浪入射角度，分析了在不规则波作用下柔性薄膜式海上漂浮式光伏结构浮圈和薄膜上各点的运动响应，同时测量了系泊力。试验结果表明，柔性薄膜式结构的垂向运动呈现较好的随浪性，各测点的垂向运动有效值约等于不规则波的有效波高，但最大值有较强的非线性，水平运动受波浪入射角度影响较大。随着入射角度从0°增大到45.0°，4条系泊缆受力不均匀性逐渐增加，在迎浪侧系泊缆出现最大系泊力172.80 kN的工况，此时背浪侧的最大系泊力仅为81.52 kN，不到迎浪侧最大系泊力的二分之一。
2025年01期 v.43 40-47页 [查看摘要][在线阅读][下载 1912K] [下载次数：729 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：13 ] - 蒋习民;魏宇豪;刘锦昆;王树青;宋宪仓;王霄;
漂浮式光伏作业海域水深浅、潮差大的特征显著，极浅水条件下潮位的变化将对漂浮式光伏系泊系统的定位能力产生显著的影响，传统系泊方案无法满足漂浮式光伏极浅水、大潮差长期稳定系泊定位的需求。在传统浅水悬链线系泊系统的基础上，通过在系缆不同位置处布置系列重物块来改变不同水深条件下系缆的空间构型和水平回复力特性，提出了一种改进混合式系泊系统以满足漂浮式光伏结构不同潮位下的系泊定位需求。以1 MW漂浮式光伏方阵为例，对混合式系泊系统在不同水位和荷载方向下的适用性进行了数值研究。结果表明，不同水位下漂浮式光伏模块运动响应幅值差异不超过14%，高水位下系缆张力响应明显大于低水位下系缆张力响应，其张力响应幅值差异不超过268%，表明文中提出的混合式系泊系统对极浅水、大潮差漂浮式光伏结构具有较好的系泊定位性能。
2025年01期 v.43 48-61页 [查看摘要][在线阅读][下载 2316K] [下载次数：361 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：9 ] - 刘博;张显涛;李刚;齐欣;刘瀚昱;张一帆;刘旭东;付登锋;
薄膜式光伏平台具有结构质量轻、湿表面面积大的结构特性，在迎浪拖航时极易产生速度的快速变化，进而导致拖缆的较大瞬时张力，给拖航施工带来了一定的困难。针对这一问题，分别采用CFD与势流方法对流载荷与波浪载荷进行预报，在此基础上利用OrcaFlex软件建立了薄膜式光伏平台拖航时域分析模型，针对迎浪迎流状态下不同航速的薄膜式光伏单平台及双平台两种拖航方案下的拖航动力响应展开了模拟。结果表明，在迎浪迎流条件下，双平台拖航方式相较单平台拖航具有更好的平均阻力特点与动力响应特性。同时，适当地提高拖航速度可有效降低因平台随波浪反向运动而导致的瞬时拖缆载荷最大值。研究成果可为薄膜式光伏平台拖航提供一套运动响应预报方法，并为薄膜式光伏平台拖航方案的制定提供参考。
2025年01期 v.43 62-73页 [查看摘要][在线阅读][下载 2449K] [下载次数：47 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：6 ] - 董霄峰;任绅铖;
当前，海上风电正朝“大容量、高塔筒、长叶片”的方向发展，在复杂海洋环境影响下，更加柔性的海上风机容易引发结构超限振动或疲劳振动问题，对海上风电场的安全运行带来严峻挑战。引入颗粒阻尼理论解决海上风机的振动控制问题。首先，充分考虑风机内部空间布局与限制要求，提出了一种新型的减振颗粒甲板（VR-PD）结构形式；其次，建立了有限元与离散元（FEM-DEM）耦合的海上风机单自由度模型，并分别从颗粒的阻塞性和非阻塞性、颗粒半径和数量、腔体尺寸和颗粒叠加层数、腔体边壁倒角、颗粒质量比、结构自振周期等六方面进行VR-PD的减振特性研究；最后，建立了等质量的调谐质量阻尼器（TMD）模型，考虑急停工况、停机工况和地震工况对两者减振效果进行对比。结果显示：VR-PD最多可提升阻尼比70.6%、多降低12.9%的振动位移和9.5%的振动加速度，VR-PD不仅减振效果优于TMD，而且可以更好地适应海上风机的内部空间，具有很好的工程实用性。
2025年01期 v.43 74-87页 [查看摘要][在线阅读][下载 1589K] [下载次数：265 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：5 ] - 李梦遥;徐凯;龙雨虹;王万堃;刘福顺;
漂浮式风力机（FOWT）是一种典型的刚柔耦合多体系统，在风浪流等环境荷载作用下呈现出复杂的动力学耦合特性，而准确评估和分析其动力响应耦合作用机制对风能的开发利用至关重要。以NREL 5 MW-OC4 DeepCwind半潜漂浮式风力机为研究对象，开展1∶50缩尺比的水池模型试验，量化分析了多源激励下不同测点时频域耦合动力响应的差异，界定并评估了不同转速、波浪周期、动边界等条件对漂浮式风力机动力学耦合特性的影响机制。水池模型试验结果表明：半潜漂浮式风力机加速度响应直接反映了转动荷载、入射波浪与多体结构的耦合，其中在纵荡方向响应中可以识别出纵摇固有频率，体现了浮式基础不同自由度响应之间存在的耦合效应。不同于固定式风力机，漂浮式风力机塔筒部位的动力响应随转子转速和塔筒高度的增加而变小，说明了气动荷载和水动力荷载的消减作用。当波频接近浮式基础的垂荡固有频率时，风力机系统产生较强的共振现象，塔筒振动响应幅值增加了2.72倍，对结构安全产生了较大的威胁。
2025年01期 v.43 88-100页 [查看摘要][在线阅读][下载 1979K] [下载次数：725 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：7 ] - 李雅丽;高洋洋;王立忠;
基于FAST-OrcaFlex风机时域一体化计算模型，开展中浅水深15 MW半潜漂浮式风机系泊系统连续失效数值模拟研究，分析正常发电和停机工况下系泊系统失效过程对漂浮式风机动力响应特性的影响规律。研究结果表明：在水深h=50 m，有效波高Hs=8.30 m，谱峰周期Tp=12.05 s，湍流风平均风速为16 m/s时，当与风浪同向单根锚链在导缆孔处破断时，同向剩余两根锚链在导缆孔处张力会显著增大，风机基础不会发生较大偏移；当多根锚链在导缆孔处连续破断时，半潜式基础纵荡和横荡平均漂移距离最大可达152.64和6.72 m，导致剩余锚链悬空段减小，导缆孔张力降低；海流的作用显著增大系泊系统破断后漂浮式风机的漂移距离；极端停机工况下，半潜式基础纵荡和横荡平均漂移距离最大可达452.46和2.13 m。此外，动态海缆在漂浮式风机产生较大偏移后，弯曲曲率会超过其限值，极易发生破断失效，导致风机停机。
2025年01期 v.43 101-115页 [查看摘要][在线阅读][下载 3837K] [下载次数：573 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：4 ] - 卞宏伟;邹志利;徐杰;
以自由表面处的速度和波面升高为变量建立了一组新的具有精确色散性的非线性波浪方程。该方程对以往由速度势为变量的方程进行了改进，克服了方程不能考虑有旋波浪运动的不足；方程增加了适用于一般情况的二阶水底坡度项，使其能够考虑水平二维水底快变地形的影响。方程的数值求解时间上采用五阶差分格式，空间上采用四阶差分格式，减少了数值误差。方程模拟了五阶Stokes波理论解、潜堤和浅滩试验，并与高阶Boussinesq方程的数值结果进行了比较，通过模拟Bragg反射试验对方程新加入的二阶水底坡度项进行了验证。
2025年01期 v.43 116-128页 [查看摘要][在线阅读][下载 1269K] [下载次数：117 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：4 ] - 杨向前;郭华;张甫;武文华;李籽琦;勾莹;
采用大型结构分析软件ANSYS建立了海上石油自升式钻井平台自存状态时的有限元模型，计算了极端台风工况下工作水深超百米的自升式钻井平台的位移响应。首先对自升式平台有限元模型进行了静力分析，考虑了不同的作业水深和气隙高度对钻井平台位移幅值的影响。之后采用时域分析方法对平台有限元模型进行了动力分析：通过模态分析计算了自升式平台模型的前6阶模态振型，得到质量阻尼和刚度阻尼系数，由于一阶自振角频率远离波浪周期，发生结构共振的可能性较小；选取静力分析中位移较大的工况，通过瞬态动力分析计算了平台的位移响应曲线，与静力分析结果对比得到了动力放大系数。静力分析结果表明，随着自升式钻井平台的作业水深和气隙高度的增加，平台的位移幅值也在增加，在文中计算范围内基本呈现线性增加的趋势。自升式平台的动力分析结果略大于静力分析结果，虽然发生结构共振的可能性较小，但为确保自升式平台的安全运营，仍需对平台进行动力分析。
2025年01期 v.43 129-138页 [查看摘要][在线阅读][下载 1964K] [下载次数：31 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：4 ] - 刘延昆;白旭;魏佳广;昝英飞;
针对MOSES软件对导管架滑移下水进行数值模拟所需时间较长、修改工况参数较为繁琐的问题，提出了一种基于径向基（RBF）神经网络和反向传播（BP）神经网络的导管架滑移下水快速预报模型。以南海珠江口盆地某导管架滑移下水实例为研究对象，构建了不同工况下导管架滑移下水终止时刻数据集和驳船与导管架重心六自由度运动量数据集。在两类数据集基础上分别建立了RBF神经网络和BP神经网络。将两类神经网络进行结合得到导管架滑移下水快速预报模型。选择典型工况对导管架滑移下水快速预报模型准确性进行验证。结果表明，该模型不仅在数据集范围内预报效果较好，在数据集外一定范围内仍能对导管架滑移下水终止时刻和姿态进行有效预报。
2025年01期 v.43 139-148页 [查看摘要][在线阅读][下载 1622K] [下载次数：193 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：3 ] - 赵必大;刘威;王蓉;吴剑国;
X形方钢管相贯节点在土木工程、海洋工程中有广泛的运用，但当前规范公式（基于简单屈服线模型）仅考虑主管表面贡献而低估了节点抗弯承载力。对X形方钢管相贯节点进行平面内受弯加载试验，根据节点变形特征提出用于节点平面内抗弯承载力计算的全屈服线模型，该模型考虑节点域主管所有管壁（表面和侧壁）的承载贡献、且能反映支主管斜交的影响。研究结果表明：X形节点试件的破坏模式为节点域主管管壁塑性软化后的撕裂破坏；根据试验和有限元参数化分析计算结果，基于全屈服线推导建立的理论计算式比规范公式能更好地预测节点实际抗弯承载力，理论计算式仅略微高估节点抗弯承载力（高10%）。
2025年01期 v.43 149-157页 [查看摘要][在线阅读][下载 1505K] [下载次数：19 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：5 ] - 邢添;徐福敏;郑金海;
几内亚湾海域沿岸频繁遭受海浪袭击，研究南大西洋至几内亚湾海域海浪特征及传播特性对西非港口、航道及海岸工程建设意义重大。对SWAN(Simulating Waves Nearshore)和WWIII(WAVEWATCH III)模型在模拟大尺度大西洋和小尺度几内亚湾海域海浪的行为进行比较，发现WWIII-SWAN双层嵌套模型更适合南大西洋至几内亚湾海域海浪模拟。基于该双层嵌套模型进行2021年7月1日至8月31日自南大西洋至几内亚湾海域的海浪模拟，得到南大西洋典型海浪时刻海浪有效波高分布和峰周期分布。研究表明咆哮西风带高强度海浪沿西南方向传播至包括几内亚湾的西非沿岸，有效波高从10 m以上减少到4 m以内，峰周期自西南向东北方向呈明显分层且逐渐增加。南大西洋至几内亚湾的海浪二维谱能量分布也表明南大西洋海浪自西南向东北传播过程中涌浪占据主导，西非沿岸尤其是几内亚湾大部分时间处于14 s以上长周期涌浪作用中。
2025年01期 v.43 158-165页 [查看摘要][在线阅读][下载 1998K] [下载次数：115 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：6 ] - 宁博雯;刘海江;
涌波冲击作用下的漂砾运动过程研究可用于估算相应极端海浪事件的水动力特征，为海岸带防灾减灾策略的制定提供参考。基于物理模型试验探究了湿床涌波冲击固定/运动漂砾过程中的冲击压强时空变化特征、水动力作用机理及漂砾的运动学特征。结果表明：固定情况下，涌波冲击压强在冲击瞬间即达到峰值，后呈现准静压状态逐渐下降；运动情况下，涌波冲击压强在漂砾发生运动后快速下降，而后保持准静压状态并缓慢降低。冲击作用过程中，冲击力几乎在涌波冲击漂砾瞬时即达到峰值。固定情况的冲击力在达到峰值后缓慢降低；运动情况的冲击力在漂砾运动后快速下降，后保持相对稳定，直至冲击过程结束。具体到不同的冲击力组分，惯性力仅在冲击的初始阶段起作用，在漂砾运动后可忽略不计；静水压力随漂砾处水位的抬升而增加，后保持相对稳定；拖曳力是涌波冲击作用过程中最重要的水动力组分，其变化趋势与总水动力最为接近。试验中漂砾的运动模式仅为滑动，同时伴随轻微的摆动。漂砾运动过程中，经历加速、相对匀速和减速3个阶段，漂砾相对匀速运动的时间恰好为涌波水动力保持相对稳定的时段。
2025年01期 v.43 166-175页 [查看摘要][在线阅读][下载 1367K] [下载次数：95 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：4 ] - 王茂洁;张晖;马祖亮;包兴先;
为实现海上多能互补利用，将4个波能转换装置集成到V型浮式风机平台上提出一种新型风浪集成俘能结构。基于势流理论建立水动力仿真模型，利用AQWA软件中的FENDER单元及二次开发（user-force）限制浮子运动，使浮子沿竖撑作垂荡运动，探究波能转换装置对浮式风机平台的水动力性能及运动响应的影响。研究表明，随着波浪频率的增加，波能装置的加入对平台的一阶波浪力以及辐射阻尼的影响逐渐显现。对比时域分析结果可得，波能装置的加入会减小平台垂荡、纵荡自由度上的运动响应，使得平台更加稳定。此外，波能浮子的分布位置会对其俘能功率有一定影响，在只受波浪荷载时，位于平台外侧的波能装置俘能功率均值高于内侧17.0%；而风荷载会减小这种影响，在额定风速下，位于平台外侧的波能装置俘能功率均值高于内侧4.5%。研究结论可为后续风浪集成俘能结构的进一步研究提供参考。
2025年01期 v.43 176-188页 [查看摘要][在线阅读][下载 2819K] [下载次数：484 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：6 ] - 孟钰婕;李雪艳;贺铭;隋钰程;张旭峰;
淹没水平板能够抵御波浪且不阻碍水体循环，海草床具有净化水质、固碳和保护岸堤的作用，因而设计了一种将海草床种植在淹没水平板上的生态型防波堤。进一步使用光滑粒子流体动力学方法建立数值波浪水槽，通过对文献中物理试验的数值重现，验证了波浪与可渗介质及与淹没水平板相互作用的可靠性，并对以可渗介质模型替代海草床的中值粒径参数进行了标定。在此基础上，研究了不同海草床茎枝密度、海草床高度、水平板淹没深度和波高下生态型防波堤的波浪透反射系数。结果表明，种植海草床可提升淹没水平板的波浪抵御能力。增大海草床的种植密度和相对高度，减小水平板的相对淹没深度，在相对波高较大的海域使用均有助于提升生态型防波堤的消浪性能。
2025年01期 v.43 189-199页 [查看摘要][在线阅读][下载 2058K] [下载次数：338 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：6 ] - 王豪;周建玲;张浩;林渊;陈家旺;
针对深海特定层位海水样品的采集需求，研制了全海深压力触发式保压采水系统。系统设计工作压力为120MPa，包括采样模块、压力补偿模块、定压触发主控模块、供电单元等。系统还具备保压转移接口，以便后续在高压环境下对保压微生物样品开展研究。首先对所研制的电动采样机构的密封特性进行了建模与分析，在此基础上进行了采样驱动器的选型，使得其最大可产生超过160 MPa的密封接触压力。根据样品回收过程中的压力变化特性，对活塞式补偿器进行了设计，以提高样品的保压率。在120MPa高压环境下对保压采样系统进行了测试，样品保压率均在85%以上，能够实现定深采水功能。
2025年01期 v.43 200-206页 [查看摘要][在线阅读][下载 1802K] [下载次数：61 ] |[网刊下载次数：0 ] |[引用频次：0 ] |[阅读次数：6 ] 下载本期数据