二阶波浪载荷作用下张力腿型浮式风力机高频谐振响应与疲劳特性研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51809170
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    25.0万
  • 负责人：
    赵永生
  • 依托单位：
    上海交通大学
  • 学科分类：
    E1101.海岸工程与海洋工程
  • 结题年份：
    2021
  • 批准年份：
    2018
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2019-01-01 至2021-12-31

项目摘要

Tension leg-type floating wind turbine is vertically constrained by tendons and thus has small wave frequency response. However, the second-order and higher-order wave loads can induce significant low-frequency resonance and high-frequency resonance, which in turn increases the structural and tendon load fluctuation and reduces its fatigue life. At present, both domestic and foreign researches were carried out from the numerical point of view, and the numerical model was not verified with the model test results, so the accuracy of the calculation results were not guaranteed. In addition, the previous studies on structure fatigue damage only involved in part of the typical loading conditions, and less consideration was given to structural fatigue damage caused by second-order wave loads under full-wave spectrum conditions. In view of this situation, this project intends to use the method of theoretical analysis, numerical simulation and model test to systematically study the high-frequency resonance response and fatigue characteristics of tension leg-type floating wind turbine under second-order wave loads with quantification of the influence of the second-order wave loads on the extreme tendon tension and structural fatigue damage. The outcomes of this study are expected to provide a theoretical basis and technical support for future works regarding the design and analysis of floating offshore wind turbines.
张力腿型浮式风力机通过采用垂直张紧式系泊系统，使其运动固有频率避开了波浪能量集中的频率范围，具有较小的波频运动响应。然而，在二阶和更高阶波浪载荷的作用下，张力腿型支撑平台会发生低频谐振和高频谐振，继而显著地增大结构以及筋键的载荷波动幅度，减小其疲劳寿命。目前已有国内外相关研究均从数值计算角度进行展开，并未结合试验结果对其数值模型进行验证，因而难以保证计算结果的准确性。此外，已发表的结构疲劳特性研究仅考虑了部分典型工况，较少考虑全波浪谱工况下的二阶波浪载荷所导致的结构疲劳损伤。针对这一现状，本课题拟采用理论分析、数值模拟和模型试验相结合的方法对二阶波浪载荷作用下张力腿型浮式风力机的高频谐振响应与疲劳特性进行系统性研究，揭示其作用机理和影响规律，量化二阶波浪载荷对筋键张力极值与结构疲劳损伤的影响程度，为我国系统掌握张力腿型浮式风力机设计分析关键技术提供理论依据和技术支持。

结项摘要

海洋风电开发正致力于向远海深水区域发展。张力腿型浮式风力机是目前开发远海深水风能最具潜力的核心装备之一。我国深远海浮式风电系统研发起步不久，自主设计评估核心技术匮乏，对高海况下张力腿型浮式风机耦合动力学响应机理及结构疲劳特性的认识欠缺。本项目通过理论分析、数值计算和模型试验的技术途径，开展了二阶波浪载荷作用下张力腿型浮式风力机的高频谐振响应与疲劳特性研究。主要研究成果如下：基于时域耦合分析方法建立了张力腿型浮式风力机全耦合动力学模型，并利用前期开展的水池模型试验结果验证并完善了该耦合数值分析模型，明晰了不同工况下的系统耦合动力特性；揭示了二阶和频波浪载荷对张力腿型浮式风机纵摇运动、机舱纵荡方向加速度、塔筒载荷和张力腿载荷波动高频响应影响规律。针对浮式风力机的极限载荷统计外推方法以及时域疲劳载荷计算方法进行了系统研究，改进了极限载荷分析中局部最大载荷的提取方法，预报了关键部件的极限载荷；考虑一阶和二阶波浪载荷后的张力腿张力的数值计算结果与试验结果吻合较好，能够有效地模拟由垂荡和纵摇运动引起的张力腿张力高频响应；揭示了二阶波浪载荷引起结构疲劳损伤加剧机理。项目研究成果可为研发张力腿型浮式风机系统及其复杂海况下的结构安全性评估提供技术支撑。

项目成果

期刊论文数量（18）
专著数量（0）
科研奖励数量（1）
会议论文数量（6）
专利数量（3）
Framework of airfoil max lift-to-drag ratio prediction using hybrid feature mining and Gaussian process regression
使用混合特征挖掘和高斯过程回归的机翼最大升阻比预测框架
  • DOI：
    10.1016/j.enconman.2021.114339
  • 发表时间：
    2021-09
  • 期刊：
    Energy Conversion and Management
  • 影响因子：
    10.4
  • 作者：
    Chen Yaoran;Dong Zhikun;Su Jie;Wang Yan;Han Zhaolong;Zhou Dai;Zhao Yongsheng;Bao Yan
  • 通讯作者：
    Bao Yan
Three-dimensional wake transition in the flow over four square cylinders at low Reynolds numbers
低雷诺数下四个方形圆柱体上流动的三维尾流转变
  • DOI：
    10.1063/1.5129744
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    AIP Advances
  • 影响因子：
    1.6
  • 作者：
    Zhang Yuhang;Wang Rui;Chen Yaoran;Bao Yan;Han Zhaolong;Zhou Dai;Ping Huan;Fu Shixiao;Zhao Yongsheng
  • 通讯作者：
    Zhao Yongsheng
Investigation of V-shaped blade for the performance improvement of vertical axis wind turbines
V型叶片改善垂直轴风力发电机性能的研究
  • DOI：
    10.1016/j.apenergy.2019.114326
  • 发表时间：
    2020
  • 期刊：
    Applied Energy
  • 影响因子：
    11.2
  • 作者：
    Su Jie;Chen Yaoran;Han Zhaolong;Zhou Dai;Bao Yan;Zhao Yongsheng
  • 通讯作者：
    Zhao Yongsheng
Transient response of a TLP-type floating offshore wind turbine under tendon failure conditions
TLP型浮动式海上风力发电机腱断裂条件下的瞬态响应
  • DOI：
    10.1016/j.oceaneng.2020.108486
  • 发表时间：
    2020-09
  • 期刊：
    Ocean Engineering
  • 影响因子：
    5
  • 作者：
    Wu Haoyu;Zhao Yongsheng;He Yanping;Shao Yanlin;Mao Wengang;Han Zhaolong;Huang Chao;Gu Xiaoli;Jiang Zhiyu
  • 通讯作者：
    Jiang Zhiyu
2-D regional short-term wind speed forecast based on CNN-LSTM deep learning model
基于CNN-LSTM深度学习模型的二维区域短期风速预测
  • DOI：
    10.1016/j.enconman.2021.114451
  • 发表时间：
    2021-07-09
  • 期刊：
    ENERGY CONVERSION AND MANAGEMENT
  • 影响因子：
    10.4
  • 作者：
    Chen, Yaoran;Wang, Yan;Bao, Yan
  • 通讯作者：
    Bao, Yan

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其他文献

考虑工作空间与力传递效率的新型五自由度混联机器人设计与分析
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    赵永生
剪叉式过约束双环桁架可展天线机构的构型设计与自由度分析
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    --
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
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  • 作者：
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  • 通讯作者：
    赵永生
四面体式折展机械臂设计与分析
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  • 通讯作者：
    赵永生
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  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
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  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    许允斗;姚建涛;金林茹;赵永生
  • 通讯作者：
    赵永生

其他文献

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赵永生的其他基金

张力腿型浮式风力机肘节式磁流变阻尼器减振理论方法与实验研究
  • 批准号：
    52271284
  • 批准年份：
    2022
  • 资助金额：
    54.00 万元
  • 项目类别：
    面上项目
张力腿型浮式风力机肘节式磁流变阻尼器减振理论方法与实验研究
  • 批准号：
  • 批准年份：
    2022
  • 资助金额：
    54 万元
  • 项目类别：
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相似国自然基金

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

        graph TD
          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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