海洋平台上的风荷载计算研究
海洋平台的环境载荷
结构优化方法选择
拓扑优化
通过改变结构的拓扑构型，实现材料的高效利用和结构的轻量化 。
形状优化
调整结构的几何形状，以改善结构的受力性能和动力学特性。
尺寸优化
优化结构的截面尺寸和构件布局，以提高结构的承载能力和稳定性 。
结构优化效果评估
有限元分析
采用有限元方法对优化后的结构进行详细的受力分析和性能评估 。
04
CATALOGUE
海洋平台环境载荷计算方法研究
理论计算方法研究
1 2
基于势流理论的计算方法
通过建立海洋平台与周围流体的势流模型，利用 边界元等方法求解流体动力载荷。
基于莫里森公式的计算方法
针对小尺度结构物，利用莫里森公式计算波浪力 、水流力等环境载荷。
3
考虑流固耦合效应的计算方法
通过建立海洋平台与周围流体的流固耦合模型， 综合考虑结构变形对流场的影响，提高计算精度 。
海洋平台的环境载 荷
目录
• 海洋平台概述 • 环境载荷类型及特点 • 环境载荷对海洋平台影响分析 • 海洋平台环境载荷计算方法研究 • 环境载荷作用下海洋平台结构优化设计探
讨 • 总结与展望
01
CATALOGUE
海洋平台概述
定义与分类
定义
海洋平台是用于在海上进行石油 、天然气等资源的勘探、开发、 生产等作业的大型海上结构物。
数值模拟方法研究
01
基于有限元的数值模拟方法
利用有限元软件建立海洋平台的精细化模型，通过施加边界条件和载荷
，求解结构的应力和变形。
02
基于有限体积的数值模拟方法
通过建立海洋平台周围流体的有限体积模型，利用数值方法求解流体动
力载荷。
海洋平台荷载ANSYS分析报告
海洋平台有限元建模我们采用大型通用有限元软件ANSYS进行海洋平台的建模及力学分析。
建模时，主要采用PIPE16单元、PIPE59单元、COMBIN39单元、BEAM4单元以及SHELL63单元。
PIPE59单元是ANSYS程序中专门用于模拟浸没在水中的杆件结构的单元，应用PIPE59单元可以很好地模拟海洋波浪、海流对海水中杆件的作用力。
因此，采用PIPE59单元模拟海洋平台在水中部分的桩柱。
对于水面以上、泥面以下桩柱采用PIPE16单元模拟。
平台钢板采用SHELL63单元模拟，槽钢采用BEAM4单元模拟。
平台上部设备按质量换算成集中力施加在平台顶面上。
埋入土壤的桩柱部分所受土壤非线性作用力通过非线性弹簧单元COMBIN39模拟。
具体应用时，首先根据地质资料计算桩土的侧向荷载-位移传递曲线(p-y曲线)、轴向荷载-位移传递曲线(t-z曲线)以及桩端荷载-位移传递曲线(q-z曲线)，然后将荷载-位移传递曲线离散建立非线性弹簧单元实常数。
设置x、y方向的非线性弹簧单元，按p-y曲线确定单元实常数，以便模拟桩柱的横向承载变形；设置z向非线性弹簧单元，按t-z曲线确定单元实常数，以便模拟桩身的竖向承载变形；桩端设置z向非线性弹簧，按q-z曲线确定单元实常数，以便模拟桩端土壤的支撑力；设置z向转动弹簧，按t-z曲线转化的θ-z曲线确定单元实常数，以便模拟土对桩身的转动摩擦力。
模拟q-z曲线的非线性弹簧单元单向受压，其余弹簧均为拉压双向单元。
图3-3a平台有限元模型图(主视图)1桩基承载能力分析1 桩的轴向承载能力分析受压桩的轴向承载力，主要取决于桩本身的材料强度或桩周围土壤对桩的支持能力。
对于摩擦桩，它的承载能力通常由后者决定。
打入土壤中的桩，在不出现过份变形和应力条件下，所能安全承受的桩顶轴向载荷，一般认为由桩身表面摩擦阻力和桩端支撑力共同承担。
根据静力平衡条件，可写成如下的表达式：T s p Q Q Q =+(4-1)式中：Q T ——桩顶载荷； Q s ——桩身摩阻力； Q p ——桩端阻力。
海洋工程结构物风载荷计算方法比较
海洋工程结构物风载荷计算方法比较岳晓瑞;徐海祥;罗薇;詹成胜【摘要】海洋工程结构物作业环境十分复杂,作业期间除了受自身的工作载荷外还受到环境载荷的影响,风载荷是海洋结构物所受的主要环境载荷之一.为保证其作业安全,设计时选择一种合适的风载荷计算方法,为海洋工程结构物提供可靠的风载荷信息十分重要.海洋工程结构物风载荷计算方法较多,文中对目前常用的几种风载荷计算方法进行了介绍,以一艘大型油船为例对其所受的风载荷进行了计算,并将计算结果与实验结果进行了比较.比较分析表明,Blendermann方法的计算结果与实验结果吻合较好.%Operating environment of marine engineering structures is very complex, during the operations besides the work loads, marine engineering structures are also subject to the environment loads,and the wind loads usually play a major role in the environmental loads. To ensure the safety of its operations, it is important to choose an appropriate calculation method for the designers. At present,many methods are used to calculate the wind load on marine engineering structures. In this paper,several of the commonly used wind load calculation methods are introduced, then a VLCC (Very Large Crude Carrier) suffered wind loads are calculated, and the calculation results are compared with the experimental results, which show that the calculation results of the Blendermann's method are close to the experimental results.【期刊名称】《武汉理工大学学报（交通科学与工程版）》【年(卷),期】2011(035)003【总页数】4页(P453-456)【关键词】海洋工程结构物;环境载荷;风载荷;计算方法【作者】岳晓瑞;徐海祥;罗薇;詹成胜【作者单位】武汉理工大学交通学院,武汉430063;武汉理工大学交通学院,武汉430063;武汉理工大学交通学院,武汉430063;武汉理工大学交通学院,武汉430063【正文语种】中文【中图分类】U6620 引言随着陆地资源的日益枯竭，人类对海洋资源的开采活动进入了一个新的阶段，在这一阶段里海洋工程结构物种类繁多.如何保证海洋工程结构物在恶劣的海洋环境中安全作业成为首要问题，海洋工程结构物在作业期间除了受自身的工作载荷外还受到环境载荷的影响.风载荷是海洋结构物所受的一种主要环境载荷，如何提高海洋工程结构物风载荷的计算精度，为设计海洋工程结构物提供可靠的载荷信息十分重要.由于海洋工程结构物具有种类多、上层建筑结构复杂、高度不同等特点，对获得准确的风载荷带来了很大困难.风洞试验是目前获得风载荷最为可靠的方法，但风洞试验具有试验成本高、试验周期长等缺点，设计时对每一个海洋工程结构物进行风洞试验是不切合实际的.针对上述问题，国内外学者提出了多种风载荷计算方法.在国外，Isherwood公式计算风压系数精度较高，被普遍采用［1］；Could提出了船舶上层建筑风压力系数和风压力矩的估算方法，该方法考虑了相对风速［2］；Blendermann搜集了大量关于风载荷的数据，并在此基础上提出了横向、纵向以及首摇的风载荷系数计算公式［3－4］.另外，Blendermann还通过实验数据得出了在不均匀风速下风载荷的计算方法［5］；OCIMF提出了超大型船舶风载荷的计算方法，例如计算VLCC所受的风载荷［6］；Haddara运用神经网络技术提出了一套计算海洋工程结构物风载荷系数的方法［7］；模块法（Building Block Method）也是计算海洋工程结构物所受风载荷的方法之一［8］，模块法是将整个水线以上结构离散成不同的标准构件模块，叠加各组成构件的风载荷获得结构物所受的总风载荷.在国内，汤忠谷［9］对15艘长江和近海商船的船模进行了风洞试验，给出了风压合力系数、风压合力角及风压力作用点位置的回归公式；洪碧光［10］通过对50条船模风压系数的风洞试验数据进行回归分析，得出了一种由船型参数来估算风压系数的回归公式.为方便海洋工程结构物设计者选择合适的风载荷计算方法，本文以一艘大型油船为例，分别采用目前常用的几种风载荷计算方法对其所受的风载荷进行了计算，并将计算结果与实验结果进行了比较分析.1 风载荷计算方法目前常用的风载荷计算方法主要包括：1）Blendermann方法 Blendermann通过风洞试验搜集了大量的关于风载荷的数据，并在此基础上得出了横向和纵向风载荷系数计算公式.式中：Cx，Cy分别为纵向、横向风载荷系数；Cd1，Cdq，δ为与船舶类型有关的参数；θ为风向角；AL，AF分别为正纵、正横时的受风面积；SL为受风面积的形心距船中的距离.2）Isherwood公式Isherwood根据各类商船有关压力的大量船模风洞试验结果，按商船上层建筑各特征参数进行回归分析，得出了计算风压力系数和风压力矩系数的回归公式，即Isherwood公式：式中：Cx（θ），Cy（θ）分别为风向角θ时纵向、横向风载荷系数；As为船舶水线以上的侧投影面积；Af为船舶水线以上的正投影面积；Ass为船舶上层建筑的侧投影面积；Loa为船舶总长；B为船宽；c为船舶水线以上部分侧投影面积的周长（除去桅杆和通风筒等细长物体以及水线长度）；d为船舶水线以上部分侧投影面积形心到船首的距离；m为船舶侧投影面积中桅杆或中线面支柱的数目；a0，…，a6；b0，…，b6的值参见文献［1］.3）Haddara方法 Haddara采用神经网络技术对所搜集的关于船舶所受风载荷实验数据进行了回归分析，得出以下公式：式中：Ck为风载荷系数，k为横向或纵向；AL，AF分别为正纵、正横时的受风面积；Loa为船舶总长；B为船宽；SL为受风面积的形心距船中的距离；δ为风向角；γki，ζkij为权重值.4）模块法（building block method）模块法是计算海洋工程结构物所受风载荷常用的方法之一，也是ABS和DNV建议的方法.模块法是将整个水线以上结构离散成不同的标准构件模块，叠加各组成构件的风载荷获得结构物所受的总风载荷.因此在使用模块法计算之前要求已知各组成构件的载荷特性，其准确性依赖于对构件载荷特性、构件之间影响特性以及模块的划分.其算法如下.由于风在垂直方向是有梯度的，那么海平面高度Z处的风速为式中：Zr为参考高度，一般取10m；vZr为参考高度的风速；p为指数，一般取0.1～0.15之间.构件风载荷计算时采取平均风速式中：A为受风面积；v（y，z）为构件受风面上点（y，z）处的风速.第i个模块所受风载荷式中：vie为第i个模块的平均风速；ρ为空气密度；Csi，Chi分别为第i个模块的形状系数和高度系数；Ai为第i个模块在正横或正纵方向上的投影面积.受风构件的总风载荷Fwind为式中：Ne为划分模块的数量.风载荷系数表达为式中：Cx，Cy分别为纵向和横向的风载荷系数；Fx，Fy分别为纵向和横向的合力；ρ为空气密度；vr为参考风速；Ar为参考面积.5）OCIMF方法 OCIMF提供了超大型船舶计算风载荷的方法并给出了不同球鼻艏和不同载况下的风载荷系数，具体见文献［6］.2 实例计算及比较分析为方便海洋工程结构物设计者选择合适的风载荷计算方法，本文以一艘大型油船为例，分别采用上述风载荷计算方法对其所受的风载荷进行了计算，并将计算结果与实验结果进行了比较分析.该大型油船的主要参数为：总长351.4m，船宽55.4m，设计吃水23.5m，横向受风面积为1 131.79m2，纵向受风面积3 401.47m2.为方便风载荷的计算，建立图1所示的坐标系.图1 坐标系图2和图3分别为采用上述几种方法计算该大型油船所受风载荷系数与实验结果在x方向和y方向的比较.图2 几种方法计算大型油船所受x方向上的风载荷系数与实验结果的比较图3 几种方法计算大型油船所受y方向上的风载荷系数与实验结果的比较从图2可以看出，随着风向角的增大，x方向上的风载荷系数变化趋势为先由大逐渐减小，在90°附件时为零，后由小逐渐增大.通过图2的比较可以看出，当风向角较小时，几种方法的计算结果与实验结果吻合较好，随着风向角的增大，与实验结果相比，Isherwood方法和模块法的计算结果相对偏大，OCIMF方法的计算结果相对偏小，而Haddara方法的计算结果当风向角在90°以内时相对偏小，在90°以外时相对偏大.同时可以看出，在风向角的整个变化范围内，Blendermann方法的计算结果均与实验结果吻合较好.从图3可以看出，随着风向角的增大，y方向上的风载荷系数变化趋势为先由小逐渐增大，在90°附近时达到最大，后由大逐渐减小.通过图3可以看出，与实验结果相比，几种计算方法中除了Haddara方法的结果在风向角较小时出现异常外，其它方法的曲线变化趋势与实验吻合较好.3 结论风载荷是海洋结构物所受的主要环境载荷之一.为保证海洋结构物作业安全，设计时选择一种合适的风载荷计算方法，为其提供可靠的设计风载荷信息十分重要.本文首先对目前常用的几种风载荷计算方法进行了介绍，然后以一艘大型油船为例对其所受的风载荷进行了计算，并将计算结果与实验结果进行了比较.比较分析表明，Blendermann方法的计算结果与实验结果吻合较好.参考文献［1］Isherwood R M.Wind resistance of merchant ship［J］.Trans.of RINA，1973（115）：132－138.［2］Gould R.The estimation of wind loads on ship superstructures［J］.The Royal Institution of Naval Architects，1982（8）：34－40.［3］Blendermann W.Wind loads on moored and manoeuvring vessels ［J］.OMAE，Offshore Technology，1993（1）：183－189.［4］Blendermann W.Parameter identification of wind loads on ships＇［J］.Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 51，1994（2）：339－351.［5］Blendermann W.Estimation of wind loads on ships in wind with a strong gradient，offshore technology［J］.1995（1－A）：271－277. ［6］OCIMF，Prediction of wind and current loads on VLCCs［M］.2nd ed.Oil Companies International Marine Forum，1994.［7］Haddara M R.Wind loads on marine structures［J］.Marine Structures，1999（12）：199－209.［8］陈恒.深海半潜式平台动力定位推力系统设计研究［D］.上海：上海交通大学船舶海洋与建筑工程学院，2008.［9］汤忠谷.水面船舶的空气动力［J］.武汉水运工程学院学报，1982（4）：79－89.［10］洪碧光.船舶风压系数计算方法［J］.大连海运学院学报，1991，17（2）：113－121.。
海洋平台风荷载物模试验的雷诺数效应研究
关 键 词 ：风 荷 载 ； 模型试验 ； 雷诺 数 效应 中 图分 类号 ：Ｐ ７ ５ 文 献 标 识 码 ：Ａ
Ｔｈ ｅ Ｓｔ ｕ ｄ ｙ ｏ ｎ ｔ ｈ ｅ Ｉ ｎ ｆ ｌ ｕ ｅ ｎｃ ｅ ｏ ｆ Ｒｅ ｙ ｎ ｏ ｌ ｄ ｓ Ｎｕ ｍ ｂｅ ｒ ｏ ｎ ｔ ｈｅ Ｗ ｉ ｎｄ Ｌｏ ａ ｄ ｉ ｎ Ｍｏ ｄ ｅ ｌ Ｔｅ ｓ ｔ ｓ ｏ ｆ Ｏｆ ｆ ｓ ｈｏ ｒ ｅ Ｐｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍｓ
速， 利用 Ｆ ｌ ｕ ｅ ｎ ｔ 模 拟 计 算 不 同 比 尺 下 作 用 于平 台模 型 上 的 风 荷 载 。 得 到 不 同 雷诺 数 条 件 下 的 试台结 构 模 型试 验 的 雷诺 数 效 应 。 结 果 表 明 ， 海 洋 平 台 风 荷 载 模 型 试 验 的 雷 诺 数 效 应 随模 型 比
Ａｂ ｓ ｔ ｒ ａ ｅ ｔ ： Ｂａ ｓ ｅ ｄ ｏ ｎ Ｆｒ ｏ ｕ ｄ ｅ ｓ ｉ ｍｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｒ ｕ ｌ ｅ ，ｔ ｈ ｅ １ １ ｄ ｉ ｆ ｆ ｅ ｒ ｅ ｎ ｔ ｓ ｃ ａ ｌ ｅ ｐ ｌ ａ ｔ ｆ ｏ ｒ ｍｓ ａ ｒ ｅ ｄ ｅ ｓ ｉ ｇ ｎ ｅ ｄ ａ ｎ ｄ ｔ ｈ ｅ ｍａ ｔ ｃ ｈ ｉ ｎ ｇ ｓ ｐ ｅ ｅ ｄ ｃ ａ ｎ ｂ ｅ ａ ｃ ｑ ｕ ｉ ｒ ｅ ｄ ． Ｔｈ ｅ Ｆｌ ｕ ｅ ｎ ｔ ｓ ｏ ｆ ｔ ｗａ ｒ ｅ ｉ ｓ ｕ ｓ ｅ ｄ ｔ ｏ ｃ ａ ｌ ｃ ｕ ｌ ａ ｔ ｅ ｔ ｈ ｅ ｗｉ ｎ ｄ
ｗｉ ｔ ｈ ｔ ｈ ｅ ｓ ｃ ａ ｌ ｅ ｒ ｅ ｄ ｕｃ ｔ ｉ ｏ ｎ． Ｔｈｅ ｗｉ ｎｄ ｌ ｏ ａ ｄ ｂｙ ａ ｓ ｍａ ｌ ｌ ｅ ｒ ｓ ｃ ａ ｌ ｅ ｍｏｄ ｅ ｌ ｔ ｅ ｓ ｔ ｉ ｓ ｌ ａ ｒ ｇｅ ｒ ｔ ｈａ ｎ ｔ ｈ ｅ ｐ ｒ ｏ ｔ ｏ —
海上漂浮式风电机组风波载荷计算与分析
海上漂浮式风电机组风波载荷计算与分析随着科技的发展和能源消耗的增加，绿色能源成为人们关注的焦点，风能作为一种清洁可再生的能源，成为大家重视的对象。
风能发电是一种将能量转变为有用能源的方法，但目前由于技术问题，这种发电并不能实现稳定的电力供应，因此缩小采用风能发电的问题成为当前的重要任务。
漂浮式风电机组是目前发展最快的风电装置之一，它以海洋环境为特点，具有无基础架设、抗风波载荷能力强等特点。
由于海洋环境对漂浮式风电机组的风波载荷有巨大影响，因此精确的计算和分析海上漂浮式风电机组的风波载荷是今后研究中必须解决的问题。
首先，应该正确理解海洋环境中的风波载荷。
它是由水的风压应力和浪的动压应力共同作用的结果，其中主要有风压水平力和风压立体力、浪压水平力和浪压立体力四大类载荷。
其次，应该采用合理的工程计算方法，建立适应漂浮式风电机组特征的计算模型，分析载荷的水平分布及超载程度，计算漂浮式风电机组的极限力和装置的稳定性，并进行性能分析以判断风速的变化对系统的影响。
最后，应该建立计算机数值模拟软件，进行风波载荷的实时监测，以改善漂浮式风电机组的可靠性及系统性能。
此外，要准确掌握海上漂浮式风电机组的风波载荷，也可以考虑采用船舶标准载荷进行分析，并借助相关技术进行风波动力学模拟，通过计算风力载荷对漂浮式风电机组的影响，提出设计优化方案，提高装置的稳定性和可靠性。
因此，准确计算和分析海上漂浮式风电机组的风波载荷，不仅有利于改善发电装置的稳定性，而且还推动了风能发电的发展，受到了广泛的关注。
未来，将继续在此方面进行深入研究，尽快把风能发电运用到大范围，实现绿色能源的发展。
总之，通过正确理解海洋环境中的风波载荷，采用合理的工程计算方法，建立适应海上漂浮式风电机组特征的计算模型，分析载荷的水平分布及超载程度，计算漂浮式风电机组的极限力和装置的稳定性，建立计算机数值模拟软件，进行风波载荷的实时监测，通过船舶标准载荷进行分析，进行风波动力学模拟，可以准确掌握海上漂浮式风电机组的风波载荷，改善发电装置的稳定性，促进风能发电的发展。
半潜式平台在码头防台风中的风载荷计算方法
半潜式平台在码头防台风中的风载荷计算方法
贾君;周喜宁;李子凡
【期刊名称】《中国海洋平台》
【年(卷),期】2022(37)1
【摘要】为确保半潜式平台在码头防台风系泊时得到更精确的风载荷,以得到合理的系泊布置方式,以2座半潜式平台为研究对象,采用美国石油协会(API)规范、挪威石油标准化组织(NORSOK)规范和国内《港口工程荷载规范》中风载荷经验公式进行精细的理论计算,将其结果与精细模型和简化模型的风洞试验结果进行比较,分析得到各经验公式设计的冗余度和受风面积统计的简化方法,为后期码头系泊力计算提供合理的风载荷。
【总页数】5页(P48-52)
【作者】贾君;周喜宁;李子凡
【作者单位】招商局重工(江苏)有限公司;招商局重工邮轮有限公司
【正文语种】中文
【中图分类】U674
【相关文献】
1.梯度风作用下HYSY-981半潜式平台风载荷与表面风压分布研究
2.半潜式钻井服务支持平台随机风载荷特性研究
3.深水半潜式钻井平台防台措施探讨
4.深水半潜式钻井平台防台措施探讨
5.半潜式平台内孤立波载荷计算方法及其试验验证
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海上风力机流体载荷研究
一、数值模拟
1、计算流体动力学 （Computational Fluid Dynamics, C
CFD是一种通过计算机模型对流体动力学行为进行模拟的方法。通过CFD，我 们可以预测OWTS在各种风速、风向和海况条件下的流体动力性能，包括升力系数、 阻力系数、扭矩等。此外，CFD还可以模拟流场的详细信息，例如速度场、压力 场等。
在海上风力机流体载荷研究方面，由于海洋环境的复杂性和特殊性，其研究 难度较大。已有的研究主要集中在数值模拟和实验研究两个方面。数值模拟方法 主要包括CFD（计算流体动力学）和风洞实验等，实验研究方法主要包括模型实 验和现场实验等。
尽管在陆上风力机流体载荷研究方面已取得了一定的成果，但由于海洋环境 的复杂性和特殊性，海上风力机流体载荷研究仍面临很多挑战。首先，海洋环境 中的风、浪、流等自然条件复杂多变，对海上风力机的性能和可靠性产生了重要 影响。
此外，还可以进一步开展数值模拟方法研究，建立更精细的基础结构模型， 以更准确地预测其在复杂海洋环境下的性能。在优化设计方面，可以运用先进的 设计算法和软件工具，以提高设计效率并实现更高性能的基础结构设计。
总之，海上风力机基础结构设计选型是一个充满挑战与机遇的研究领域。通 过不断深入研究和完善优化设计方案，有望为海上风力发电技术的发展提供重要 支持。
性的关键因素之一。因此，对海上风力机流体载荷进行研究，对于提高海上 风力机的性能和可靠性具有重要意义。
二、文献综述
在陆上风力机流体载荷研究方面，已有大量的文献报道。陆上风力机在运行 过程中，受到的气动载荷和结构载荷主要包括风载、冰载、地震载荷等。其中， 风载是主要载荷之一，其数值大小和作用方向取决于风速、风向和风力机的空气 动力学特性。
海上风力机流体载荷研究
海洋平台的环境载荷
第二章 环境载荷
34
（1）艾里波理论
• 波面 • 波长
H cos kx t 2 gT 2 2d L th 2 L
• 速度势
gH chk y d sin kx t 2 chkd
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第二章 环境载荷
11
• 不同时距的风速之间有一定的关系，时距 短的风速比时距长的风速要大
不同时距平均风速与1h平均风速的比例系数
1h
时距
系数 值
10mi 1min 15s n
5s
3s
1.00 1.04 1.26 1.26 1.32 1.35
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第二章 环境载荷
12
• 基本风压的标准高度为海面上10m，所以 设计风速一般取海面上10m高处的风速
z v z v10 10
1 n
z CH 10
2 n
n值与测量风速的时距以及离岸的距离有关，一般在7～13之间变化 美国API规范建议，在开敞的海域，对于持续风风速n等于8， 对于阵风风速n等于13
海洋平台结构与强度，2014秋季，苑博文
第二章 环境载荷
17
CCS规定
计算风力时，推荐下列作法： （1）当平台有立柱时，应计入全部立柱的投影面积，不 考虑遮蔽效应。 （2）对于因倾斜产生的受风面积，如甲板下表面和甲板 下构件等，应采用合适的形状系数计入受风面积中。 （3）对于密集的甲板室，可用整体投影面积来代替计算 每个面积，此时形状系数可取为1.1. （4）对于孤立的建筑物、结构型材和起重机等，应选用 合适的形状系数，分别进行计算。 （5）通常用作井架、吊杆和某些类型桅杆的开式桁架结 构的受风面积，可近似的取每侧满实投影面积的30%，或 取双面桁架单侧满实投影面积的60%，并选用合适的形状 系数。
海上漂浮式风电机组风波载荷计算与分析
海上漂浮式风电机组风波载荷计算与分析海上漂浮式风电机组对海上环境要求较高，因此需要充分了解和计算海浪载荷，以确保安全运行。
海浪是海洋中的一种涡流，其频率、幅值和振幅周期不断变化，是海上风电机组的主要载荷。
本文的目的是计算和分析海上悬浮式风电机组的海浪载荷，以确保其安全性。
海浪载荷的计算可以分为三个步骤：海浪谱计算、海面通量的计算和海浪载荷的实际计算。
首先，海浪谱可以通过实验和模型计算获得。
实验可以在平坦水上进行测量，得到不同频率的海浪能量密度信息，从而提供海浪能量分布。
实验研究表明，海浪谱可以用一般的双曲线拟合得到。
其次，可以计算海面通量。
海面形态的改变可以用张量积分计算方法来进行，以获得海面通量信息，从而获得不同频率的海浪能量转化率。
最后，可以计算海浪载荷。
根据海浪谱和海面通量信息，可以计算出每种频率海浪载荷的总和，从而得到海浪载荷总和。
接下来，为了更好地分析海浪载荷，可以采用统计分析方法。
首先，可以分析海浪谱的分布，以及给定频率的海浪能量。
其次，可以分析不同频率的海浪载荷的分布特征，以及每个频率的海浪载荷的大小。
最后，可以统计分析总载荷的分布特征以及最大载荷大小。
在计算和分析海浪载荷过程中，可以按照不同的方向进行分析，比如按照不同的时间段，或者按照不同的地域来进行分析。
例如，可以针对具有特定时间段的海浪谱，计算特定时间段内的海浪载荷，或者针对特定区域的海浪谱，计算特定区域内的海浪载荷。
在计算过程中，还可以根据设计浮子尺寸和形状对海浪载荷进行修正，以更精确地计算海浪载荷。
通过计算和分析海浪载荷，可以有效地确保海上漂浮式风电机组的安全性。
首先，可以计算出海浪载荷，以便评估机组的设计合理性。
其次，可以计算出悬浮式风电机组在某一地区、某一时间段的海浪载荷，以更准确地评估风电机组的性能。
最后，可以采取安全措施，以防止海浪载荷超过机组的承载能力，从而确保其安全性。
总之，计算和分析海上悬浮式风电机组的海浪载荷是评估机组性能和安全操作的重要手段，可以帮助有效地提升海上悬浮式风电机组的安全性。
应用文-海洋平台系泊数值分析基本理论及计算方法
海洋平台系泊数值分析基本理论及计算方法'海洋平台系泊数值分析基本理论及计算方法通常认为，船舶码头系泊的主要因素可以看作以下几个部分：码头、护舷、系泊缆、系泊结构物（船舶或者平台）、载荷。
以上几个因素相互影响，相互作用，最终决定系泊的结果。
当前系泊状态主要受到风、浪、流三种载荷，按照静力计算方式或者采用公式可以对风、流载荷进行估算和确定，但是波浪力比较特殊，是其中唯一的动载荷，码头系泊的动态船舶运动特性可以看作波浪与结构物的相互作用。
波浪力在早期的研究中往往简化为平均波浪力或者等效波浪力，在考虑风载荷和流载荷的叠加后，大多采用静态、准静态方法进行实际的缆绳受力、护舷受力计算，并没有考虑到波浪的动态属性。
系泊缆绳的张力计算需要遵循一定的计算准则，在上个世纪80年代左右，chemjawski、Michaell就已经提出了一种解析方法来求解计算船舶系泊缆张力。
求解的方法有以下几个重要步骤：1）通过计算确定设定的方向船舶承受的风、流和等效静波浪力；2）计算求得由船舶横摇、纵摇、垂荡运动引发的垂直方向静回复力；3）用系泊揽本身属性如长度、横截面积、方向角度、弹性模量（非线性）等属性作为基础计算求出系泊缆绳的刚度矩阵；4）最后一步，求出整个系泊系统的总的刚度矩阵，采取提高载荷大小的方式进行迭代计算从而求得每个缆绳的张力值。
2 三维势流理论在早期的码头系泊计算时往往采用静力或者准静力的计算方法，后来理论，计算方式大多采用频域或者时域分析方法。
静力或准静力分析方法仅适用与水域状况较好、系泊船舶等运动不大的情况，由此得出系泊缆绳、护舷受力和系泊物体的运动。
时域方法结合三维势流理论、脉冲响应原理、缆绳护舷的非线性很好的解决了各种情况下系泊物体的码头系泊问题。
为了适应实际工程问题，三维势流理论针对流体的性质进行了相应的简化，假设流体为无粘性、无旋、均匀的且不可压缩的理想流体。
之所以这样简化是因为：l）波浪的波幅和系泊浮体相比量级很小，绕射作用明显大于粘性影响，所以忽略粘性；2）对于理想流体而言，初始运动无旋，之后任意时刻运动均无旋，无旋假定合理；3）流体本身的密度几乎不发生变化，水密度假设为均匀和不可压缩也是合理的。
海洋工程风载荷计算方法
海洋工程风载荷计算方法付德健; 冯士伦; 毛建斌; 孙涛【期刊名称】《《中国海洋平台》》【年(卷),期】2019(034)005【总页数】6页(P89-94)【关键词】海洋平台; 风载荷; 风向角【作者】付德健; 冯士伦; 毛建斌; 孙涛【作者单位】天津大学建筑工程学院天津300350; 海洋石油工程股份有限公司天津300451; 中国船级社海工技术中心天津300451【正文语种】中文【中图分类】U674.38+10 引言风载荷是海洋结构物所受的主要环境载荷之一，在海洋结构物的强度计算中起重要作用，在移动式平台的稳性计算中起决定性作用，所以对风载荷计算方法的研究是海洋工程中的重要课题，很多科研设计单位也逐渐加强对海洋平台风载荷的研究[1-2] 。
一般使用风洞试验、数值模拟和规范计算等3种方法确定风载荷。
风洞试验是公认的海洋平台风载荷确定方法，其主要是将试验相关的数据与规范的计算结果进行对比分析，指出规范计算的误差与不足。
陈刚等[3]在风洞实验室对自主设计的自升式平台进行试验研究，指出由于忽略遮蔽效应、湍流等因素的影响，规范的计算结果相比试验结果偏大，提出可根据平台的形状特征，在各风向角引入对应的修正因数，为自升式平台的优化研究提供参考依据。
林一等[4]也在风洞试验的基础上指出，规范计算还需考虑遮蔽效应和升力的影响，升力的存在会使最大倾覆力矩发生变化。
风载荷CFD 数值模拟方法的经济成本比风洞试验低，但其准确度还有待进一步验证。
近年来，对海洋平台风载荷数值模拟相关的研究主要集中于两点：一是通过数值模拟与风载荷规范计算的结合，提出进一步完善规范计算方法的建议；二是讨论数值模拟的影响因素，比较数值模拟结果与试验数据，以验证数值模拟结果的准确性。
时军等[5]通过对遮蔽效应和不同风向角下结构形状因数的研究，完善风载荷计算方法，然后通过数值模拟的结果加以验证。
谭美等[6] 使用CFD 数值模拟明确自升式钻井平台风载荷随风向角变化的规律及遮蔽效应程度，并通过引入楔角的方法对规范计算进行遮蔽效应修正，然后以数值模拟结果和试验数据进行验证。
海洋平台结构的抗风特性建模与实验研究
海洋平台结构的抗风特性建模与实验研究随着全球气候变化带来的极端天气事件频发，对海洋平台结构的抗风性能进行深入研究变得越来越重要。
海洋平台是为了在海上进行能源开发和其他海洋工程而建造的结构物，如风力发电机组、海上石油平台等。
这些结构必须能够经受住自然环境中的挑战，特别是强风的冲击。
本文将讨论海洋平台结构的抗风特性建模与实验研究的现状和方法。
抗风特性建模是研究海洋平台结构的重要一环。
通过建立数学模型，可以模拟平台在不同风速下的响应，并预测其抗风性能。
常见的建模方法有基于经验公式的工程方法和基于物理原理的数值模拟方法。
在工程方法中，研究者通常根据历史数据和工程实践，建立经验公式来评估平台的抗风性能。
这些公式考虑了平台的结构特点、尺寸和形状等因素，并通过风荷载计算方法，预测平台在风力作用下的响应。
这种方法简单直观，适用于初步设计及简化评估。
然而，由于工程方法依赖于经验公式，其适用性受到一定限制。
因此，为了更准确地评估海洋平台的抗风性能，越来越多的研究者转向基于物理原理的数值模拟方法。
这些方法基于风力在平台结构上产生的气动载荷，运用导流理论和结构动力学的原理，对平台的响应进行精确计算。
数值模拟方法主要包括计算流体力学（CFD）和风洞试验。
CFD方法通过将空气流动建模为数学方程组，然后利用计算机算法求解这些方程来模拟风力作用下的平台响应。
它提供了更为详细和全面的信息，可以考虑更多复杂的风场和平台几何形状，但计算量较大且计算结果的准确性受到网格分辨率和边界条件的影响。
与之相比，风洞试验是通过模型试验来研究平台结构在风力下的响应。
试验模型通常是平台的缩尺模型，可以在受控的气流中进行实际物理观测。
风洞试验可以提供准确的力学数据，用于验证数值模拟结果的准确性。
然而，风洞试验受限于试验尺寸和实验设备，很难完全模拟真实环境。
综合而言，抗风特性建模与实验研究的方法上具有互补性。
工程方法适用于初步设计和简化评估，而数值模拟和风洞试验则可以提供更准确和详细的信息。
船舶静力学概论 第七章 海洋平台稳性
其中：V为设计风速，m/s。
3、风载荷计算： F = ChCsSP kN
其中：Ch ： 高度系数，和构件形心高度有关 Cs ： 受风构件形状系数，和构件截面形状有关 S ： 迎风面积，m2 P ：风压，kPa
6.2 平台稳性衡准（CCS）
平台在各种作业工况下的完整稳性均应符合以下衡准： 1、对水面式和自升式平台，至第二交点或进水角处的复
原力矩曲线下的面积， 取其中的较小者，至少应比至 同一限定角处风倾力矩曲线下面积大40%。
2、对柱稳式平台，至第二交点或进水角处的复原力矩曲 线下的面积中的， 取其较小者，至少应比至同一限 定角处风倾力矩曲线下面积大30%；
3、对坐底式平台，至第二交点或进水角处的复原力矩曲 线下的面积，取其中的较小者，至少应比至同一限定 角处风倾6.1 平台风载荷计算
1、设计风速：
对无限作业区域的平台，其最小设计风速应为： ➢ 自存工况：51.5m/s（100kn） ➢ 正常作业工况：36m/s（70kn）
对具有营运限制附加标志的平台，其正常作业工况的风 速可适当减小，但应不小于25.8m/s（50kn）。
2、风压计算： P = 0.613×10-3V 2 kPa
海上漂浮式风电机组风波载荷计算与分析
海上漂浮式风电机组风波载荷计算与分析海上漂浮式风电机组在近几年迅速发展，其结构与传统的岸上安装式风电机组相比有着明显的优势，如浮动方式减少风力变化的影响，资源利用率较高等。
然而，随着浮动体的纵向摆动，不仅影响风电机组的安全运行，还会损坏机组结构和电气元件，因此研究者越来越关注海上漂浮式风电机组的风浪载荷特性。
本文旨在用一种新颖的算法计算和分析海上漂浮式风电机组的风波载荷特性，研究其在不同情况下的可靠性和稳定性。
首先，采用CFD（计算流体力学）分析技术研究风电机组结构的受风荷载，对风浪的影响进行模拟。
其次，采用有限元分析技术，模拟风电机组的整体受风荷载，分析支撑结构的稳定性，以及在不同的运行情况下的受力变化。
最后，建立受压结构的稳定性数学模型，计算在不同类型和强度的风波条件下，海上漂浮式风电机组的安全运行范围，分析载荷特性。
本文采用了多种不同的研究方法，以得出有效的结果。
首先，使用CFD技术对风电机组结构的受力特性进行模拟，探究风浪的影响。
其次，利用有限元分析技术，对支撑结构的稳定性和受力变化进行模拟，并建立了受力稳定性数学模型。
最后，采用模型，研究在不同类型和强度的风波条件下，海上漂浮式风电机组的受风荷载特性。
结果表明，风电机组结构在受风荷载下的变形量与支撑结构的强度有关，而且海上漂浮式风电机组特别容易受到风浪的影响，它的受力性能与海浪的强度呈正相关。
另外，在不同的风浪和风速条件下，漂浮式风电机组的安全运行范围也不同，因此，为保证风电机组的安全运行，应根据风浪的强度和风速的变化情况进行合理的设计。
本文的研究结果可以为海上漂浮式风电机组的设计和安全运行提供参考，并且为未来更加准确地计算和分析风电机组风波载荷特性提供了有价值的参考。
综上所述，通过本文的研究，已经取得了一定的进步，可以更准确地计算和分析海上漂浮式风电机组的风波载荷特性，为其设计提供合理的参考，提高其安全性和可靠性。
钢结构与混凝土结构在海洋平台工程中的抗风稳定性设计
钢结构与混凝土结构在海洋平台工程中的抗风稳定性设计在海洋平台工程中，抗风稳定性设计是至关重要的一环。
钢结构和混凝土结构是常见的两种结构类型，它们都能够满足工程的抗风要求。
本文将探讨钢结构和混凝土结构在海洋平台工程中的抗风稳定性设计。
一、钢结构在海洋平台工程中的抗风稳定性设计钢结构由于其高强度和良好的可塑性，在海洋平台工程中得到广泛应用。
在抗风稳定性设计方面，以下几个因素需要考虑。
1.结构形式钢结构的形式多种多样，常见的有桁架结构、桩柱结构和塔楼结构等。
在海洋平台工程中，选择合适的结构形式对于抗风稳定性设计至关重要。
2.风荷载计算在进行抗风稳定性设计时，首先需要计算风荷载对于钢结构的作用。
风荷载计算通常采用国际规范和标准，如ASCE 7和EN 1991等。
3.阻尼器装置为了提高钢结构的抗风稳定性，可以采用阻尼器装置。
阻尼器装置可以减小结构的振动幅值，提高结构的抗风能力。
4.材料选择在钢结构的设计中，选择合适的材料对于抗风稳定性起到关键作用。
高强度钢材料能够提高结构的整体刚度，提高抗风能力。
二、混凝土结构在海洋平台工程中的抗风稳定性设计混凝土结构由于其良好的抗压性能和耐久性，在海洋平台工程中得到广泛应用。
在抗风稳定性设计方面，以下几个因素需要考虑。
1.结构形式混凝土结构的形式多样，常见的有框架结构、筏板结构和壳体结构等。
合理选择结构形式对于抗风稳定性设计至关重要。
2.风荷载计算与钢结构类似，进行混凝土结构的抗风稳定性设计时也需要计算风荷载。
风荷载计算可以采用相应的规范和标准，确保结构的抗风能力。
3.增加抗风构件为了提高混凝土结构的抗风稳定性，可以增加抗风构件。
常见的抗风构件包括加强筋、风撑和抗风墙等，它们能够提供额外的强度和稳定性。
4.缓冲装置在混凝土结构的抗风稳定性设计中，缓冲装置也是重要的考虑因素。
例如可以利用缓冲器和减震器来减小结构的振动幅值，提高抗风能力。
三、综合设计考虑在海洋平台工程中，综合设计考虑是非常重要的。
海洋工程环境学风载荷
大气压强和压强和大气运动
地转偏向力
对风的影响： 1、风在北半球向右转，在南半球向左转。此效应在极地处最 明显，在赤道处则消失。 2、如果没有地球的旋转，风将会从极地高压吹向赤道低压地 区。 3、科里奥利效应在极地最显著，向赤道方向逐渐减弱直到消 失在赤道处。这就是为什么台风只能形成在5纬度以上的地区 ，而通常不能形成于赤道附近。
大气压强和大气运动
气压梯度力 1、地表各处的大气压力分布不均匀，产生气压梯度力，推动 大气水平流动。 2、气压梯度力表示为：G=-▽p/ρ，方向与等压线垂直，由压 力高处指向压力低处。 3、大气大尺度运动就是垂向近似满足静力平衡，做水平方向 运动。 4、气压梯度力是推动大气运动的主要作用力。 5、相邻区域的气压值相差很大时，气压图上的等压线表现密 集，气压梯度陡，因而产生强风。
地转偏向力 价值应用： 定位风暴 19世纪比利时气象学家白贝罗应用科里奥利效应找出一条规 律，发现最近的风暴：在北半球，当你背风而立，风暴在你 的左侧；在南半球，则在你的右侧。
地转偏向力 有关生活： 1. 水漩涡的形成 当向桶中注水时，水从注 水点向四周流动，北半球 在地转偏向力的作用下右 偏，漩涡呈逆时针方向旋 转。南半球则呈顺时针方 向旋转。
风向和风力强度
风力是个矢量，风速和风向两方面； 风速：气流前进的速度； 风向：风的来向，用16个方位表示(北, 东北偏北,东北,东北偏东,东…)。 风玫瑰图
风向和风力强度
2009-2010年度渤海辽东湾三个海域的风速、 风向监测结果
JZ20-2、9-3、25-1S海域风速、风向变化
风向总是随季节和时日发生着改变，对结构物受力有着 不同的影响，用风玫瑰图来描述方向特性。
Vgr R sin
浅谈海洋环境下常见载荷的计算
海洋环境下的载荷可分为环境载荷、 工作载荷 和特殊 载菏 。 环 境载荷 是 由于直接 或 间接 的 自然环境 作用 而 发生 的 、 作用 在结 构 物 上 的 载 荷 。 由于 直 接 的 自然 环境作用而发生的载荷有 ： 风载荷 、 波浪载荷、 海流
境栽荷的设计标准， 是按 照所处海域 中可能遇到的最恶劣的环境条件 ， 并参考 中国船级社《 海 上 固定平 台入 级 与建 造规 范》 的规 定 来确 定 的 。对 于研 究工 作 载荷 ， 也是 根 据 平 台的 不 同状
态， 根据 静 载荷 、 载荷 的不 同状 态 ， 各 个工 况下选取 最危 险 的状 态进行 分析研 究。 动 在 关 键词 ： 海 洋环 境 １ 载荷计 算与载 荷组 合 力 学分析 环境 载荷 载荷 系数
Ｆ ＝ ・Ｃｓ・Ｓ ・Ｐｏ
式中：０ 尸 为基本风压 ； ｓ为受风构件的正投彰面 积 ； 为暴 露 在 风 中 构件 的高 度 系 数 ， 值 可 根据 ｃ 其 构件高度 ； ｃ 为风载荷形状 系数 ， 圆柱体取 ０ ５ 对 ．，
对于建筑物侧壁取 １５ 对 于两个构件顺风 向处于 。， 前后位 置 时遮 蔽效应 应 当予 以考 虑。
（／ ） 波高水深比（ ／ ）可以将 常用 的波浪理论 ｄＬ 、 Ｈｄ 的使用范围做如下划分 ： 艾 里波 理 论 一 采 用 正 弦 波形 ， 对 微 幅 波适 仅 用， 可用线性理论 ， 计算 比较简单 。 用范 围相对水 使 深 ｄ Ｌ ＞０ ２ 相 对波 高 Ｈ ｄ ０ ２的情况 。 ／ 。， ／ ． 斯托克斯高阶波理论 一 采用坦克波形 ， 不能用 线性理 论 ， 而用 限 幅波 的非线 性理 论 。 它使用 范 围较
天津航海 ２ １ 年第 １ ０１ 期
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硕士学位论文
海洋平台上的风荷载计算研究
姓名:时军
申请学位级别:硕士
专业:港口、海岸及近洋平台上的风荷载计算研究
作者:时军
学位授予单位:大连理工大学
1.张淑华.赵浩妤.牛培峰海洋工程结构的模糊随机可靠性[期刊论文]-系统工程理论与实践2001,21(5)
1.倪歆韵.张艳芳.田于逵.刘培林.夏贤.刘建辉Spar平台环境载荷风洞测试及载荷分析[期刊论文]-海洋工程2012(1)
2.巩雪.翟钢军深水半潜式平台风载荷体型系数风洞试验研究[期刊论文]-中国海洋平台 2010(5)
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