一种漂浮式风机平台各部件外形尺寸优选方法

本发明涉及浮式风机优化，更具体地说，本发明涉及一种漂浮式风机平台各部件外形尺寸优选方法。

背景技术：

1、浮式风机系统的浮式平台在面临真实复杂风浪流联合作用的海洋环境工况时，若完全需要依靠自身恢复力和系泊系统实现运行过程中的稳定，对浮体基础提出了巨大的挑战。因此，如何设计稳性优越的基础浮体决定了浮式风机的生命周期与长期运行。当前，已有部分指向风机基础浮体的优化研究，如公开号为cn110461702a和cn110461702b的专利项目《浮式海上平台》提出了一种四立柱海上漂浮式风机平台，研究指出了垂荡板可增加平台的附加质量并大幅提高阻尼，可增加“垂荡”和“俯仰/横摇”的固有周期，但未针对垂荡板构建开展详细地参数化研究。在目前已发表的
技术实现要素：
中，针对浮体多个结构位置的参数化分析和对运动响应的敏感性分析依然较少。

2、鉴于此，本发明提供种一种漂浮式风机平台各部件外形尺寸优选方法。

技术实现思路

1、为了克服现有技术中的问题，本发明提出一种漂浮式风机平台各部件外形尺寸优选方法，通过计算研究各结构部分对平台水动力性能影响程度，将部分结构划分为面向稳性的结构尺寸优化设计，给当前面向浮式风机平台优化设计提出明确方向。

2、根据本发明的一个方面，提供了一种漂浮式风机平台各部件外形尺寸优选方法，包括以下步骤：

3、步骤s1：确定漂浮式风机平台，根据漂浮式风机平台划分风机结构；

4、步骤s2：根据风机结构确定主尺度信息；

5、步骤s3：根据主尺度信息确定对应风机结构的变化样本空间与样本点，

6、形成一组漂浮式风机平台系列模型；

7、步骤s4：基于三维建模软件对所述漂浮式风机平台系列模型进行三维建模，建立可用于势流计算的模型文件；

8、步骤s5：确定真实海洋环境波浪条件，基于波浪条件划分规则波和不规则波浪，将规则波和不规则波浪对应的波浪参数作为数值仿真输入条件；

9、步骤s6：基于势流计算方法完成对所述漂浮式风机平台系列模型的第一次频域分析，提取结果数据中的结构刚度、附加质量和附加转动惯量数据，计算所述漂浮式风机平台系列模型的临界阻尼；取固定比例系数下平台运动垂荡、横摇和纵摇方向的临界阻尼作为黏性修正项，将该数据施加入附加阻尼系数矩阵中；

10、步骤s7：基于势流方法结合悬链线方法完成对所述漂浮式风机平台系列模型的第二次频域分析与时域计算，提取水动力运动数据；

11、步骤s8：优选计算结果，高稳性结构设计建议。通过图表形式总结极值随各主尺度信息变化规律，给出规律性总结和面向高稳性各部件外形尺寸的优化设计建议。

12、作为本发明的一种优选方案，所述风机结构包括但不限于外侧立柱、中心立柱、垂荡板、下连梁和撑杆；所述主尺度信息为所述风机结构对应的尺寸信息；

13、主尺度信息包括但不限于外立柱半径、垂荡板半径、垂荡板高度、下连梁宽度、下连梁高度和垂荡板外侧宽度。

14、作为本发明的一种优选方案，依据步骤s2中所述的漂浮式风机平台对应的风机结构的主尺度信息，并根据主尺度信息的变化范围形成的样本空间，在样本空间范围内选取一定数量的样本点，形成一组漂浮式风机平台系列模型。

15、作为本发明的一种优选方案，风机结构的主尺度信息变化范围不得超过原尺寸20％。

16、作为本发明的一种优选方案，根据流体力学理论中的波浪理论，波浪条件中规则波为正弦形式的波浪，满足如下关系：η＝a cos(kx-ωt+δ)；

17、其中，η表示波面，表示波幅，k表示波数，ω表示波浪的圆频率，δ表示波浪相位；根据该公式，可在确定波浪频率ω以及波幅a后，在软件中能够模拟出相关波浪。

18、其中波数与波浪频率满足波浪中的色散关系，可以表示为：

19、ω2＝gk thkh；

20、其中，g是重力加速度，h为水深；ω2为波浪圆频率的平方，thkh在为kh的双曲正切函数值，在水深无限大时，thkh→1；

21、波浪条件中不规则波为无数个小波叠加而成，造波理论如下：

22、

23、式中，η(t)为波面的方程，a(ωn)对应于第n个波浪的幅值，ωn为第n个波浪的频率，φn为第n个波浪的相位；

24、随机过程η(t)在t时刻，频率区间为ωn+δω间单波幅值的平方为a2(ωn+δω)，当δω趋于无穷小时，定义能量密度谱为：

25、

26、故由此可计算每种波浪成分的波幅：

27、

28、其中，s(ω)为谱密度函数，ω为波浪频率。

29、作为本发明的一种优选方案，所述的面向临界阻尼的计算公式如下：

30、

31、其中，f是物体的临界阻尼，m表示质量(转动惯量)，λ为固有周期下的附加质量(转动惯量)，k为物体的刚度；

32、取β％的临界阻尼作为黏性修正项f，

33、f＝β％·f。

34、作为本发明的一种优选方案，基于系泊缆对所述漂浮式风机平台的系泊张力，使得所述漂浮式风机平台的横荡和纵荡受到约束。

35、根据本发明的又一个方面，提供了一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施一种漂浮式风机平台各部件外形尺寸优选方法。

36、根据本发明的再一个方面，提供了一种计算机可读存储介质，储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行一种漂浮式风机平台各部件外形尺寸优选方法。

37、本发明一种漂浮式风机平台各部件外形尺寸优选方法的技术效果和优点：

38、本发明通过将漂浮式风机平台整体分解为几个重要组成结构，如：立柱、垂荡板、下连梁与斜撑等，分别对每个结构部分进行参数化设置并重新组装成为一个新的整体，可通过计算研究各结构部分对平台水动力性能影响程度。根据计算结果可将部分结构划分为面向稳性的结构尺寸优化设计，给当前面向浮式风机平台优化设计提出明确方向。

39、本发明通过频域实现对浮式平台临界阻尼的计算，一定比例系数的临界阻尼实现了势流计算中的黏性项修正，提高了势流计算的计算精度。以真实海况作为优化设计的工况条件，最大程度的考虑了漂浮式风机平台实际运行过程中所面临条件，能够在一定程度上对标工程实际，提供漂浮式风机平台有效的优化设计方案。

技术特征：

1.一种漂浮式风机平台各部件外形尺寸优选方法，其特征在于，包括以下步骤：

2.根据权利要求1所述的一种漂浮式风机平台各部件外形尺寸优选方法，其特征在于，所述风机结构包括但不限于外侧立柱、中心立柱、垂荡板、下连梁和撑杆；所述主尺度信息为所述风机结构对应的尺寸信息；

3.根据权利要求2所述的一种漂浮式风机平台各部件外形尺寸优选方法，其特征在于，依据步骤s2中所述的漂浮式风机平台对应的风机结构的主尺度信息，并根据主尺度信息的变化范围形成的样本空间，在样本空间范围内选取一定数量的样本点，形成一组漂浮式风机平台系列模型。

4.根据权利要求2所述的一种漂浮式风机平台各部件外形尺寸优选方法，其特征在于，风机结构的主尺度信息变化范围不得超过原尺寸20％。

5.根据权利要求4所述的一种漂浮式风机平台各部件外形尺寸优选方法，其特征在于，根据流体力学理论中的波浪理论，波浪条件中规则波为正弦形式的波浪，满足如下关系：

6.根据权利要求5所述的一种漂浮式风机平台各部件外形尺寸优选方法，其特征在于，所述的面向临界阻尼的计算公式如下：

7.根据权利要求6所述的一种漂浮式风机平台各部件外形尺寸优选方法，其特征在于，基于系泊缆对所述漂浮式风机平台的系泊张力，使得所述漂浮式风机平台的横荡和纵荡受到约束；来流方向与xz平面垂直，平台横摇幅度小，只考虑平台的纵摇和垂荡。

8.一种存储在计算机可读介质上的计算机程序产品，其特征在于：包括计算机可读程序，供于电子装置上执行时，提供用户输入接口以实施如权利要求1-7任意一项所述的一种漂浮式风机平台各部件外形尺寸优选方法。

9.一种计算机可读存储介质，其特征在于：储存有指令，当所述指令在计算机上运行时，使得计算机执行如权利要求1-7任意一项所述的一种漂浮式风机平台各部件外形尺寸优选方法。

技术总结
本发明属于浮式风机优化技术领域，本发明公开了一种漂浮式风机平台各部件外形尺寸优选方法，包括基于势流计算方法完成对所述漂浮式风机平台系列模型的第一次频域分析，提取结果数据中的结构刚度、附加质量和附加转动惯量数据，计算所述漂浮式风机平台系列模型的临界阻尼，将黏性修正项施加入附加阻尼系数矩阵中；基于势流方法结合悬链线方法完成对所述漂浮式风机平台系列模型的第二次频域分析与时域计算，提取水动力运动数据；优选计算结果，高稳性结构设计建议。通过图表形式总结极值随各主尺度信息变化规律，给出规律性总结和面向高稳性各部件外形尺寸的优化设计建议。

技术研发人员：王建华,薛瑛杰,王志豪,万德成
受保护的技术使用者：上海交通大学
技术研发日：
技术公布日：2024/3/21