海洋工程學科前沿講座

學科前沿講座

一、海洋工程學科的戰(zhàn)略地位

海洋面積大約占地球表面積的70％，水量約占地球上總水量的97%左右，蘊藏豐富的資源，具有重要的戰(zhàn)略價值。面對目前世界人口急劇膨脹、陸地資源日益枯竭、環(huán)境不斷惡化這三大問題，人類把未來發(fā)展的希望寄托于尚未得到充分開發(fā)的海洋。世界各國紛紛將開發(fā)海洋、發(fā)展海洋經濟和海洋產業(yè)作為國家發(fā)展的重要戰(zhàn)略舉措，并把21世紀稱為海洋資源開發(fā)的新世紀。目前人類開發(fā)的海洋資源主要包括：油氣資源，空間資源，礦產資源，生物資源，綠色能源，旅游資源等。

我國海洋戰(zhàn)略發(fā)展的三大目標：2020年前：逐步拓展到全部領海和經濟專屬區(qū)；2030年前后，逐步拓展到西太平洋和印度洋；2050年前后，拓展到全球公海。

我國的大陸岸線長18000多千米，加上島嶼岸線14000千米，海岸線總長居世界第四，大陸架面積130萬平方千米，位居世界第五，200海里水域面積200～300萬平方千米，居世界第十。開發(fā)海洋已經形成了多產業(yè)組成的海洋經濟體系，海洋資源的進一步發(fā)現(xiàn)、開發(fā)和利用，對于我國的長期可持續(xù)發(fā)展，具有越來越重要的戰(zhàn)略意義。海洋工程學科的技術支撐作用：支撐海洋開發(fā)裝備的研制、開發(fā)及技術的持續(xù)進步。裝備：深海油氣資源勘探、開發(fā)、施工、運輸?shù)鹊暮Ｑ蠊こ檀笮脱b備、深海工程裝備、用以資源運輸、海洋空間利用和開發(fā)支持的新型船舶和浮體。海洋工程學科的核心任務：是針對海洋資源開發(fā)、利用、保護中的重大工程技術開展研究，解決關鍵科學問題，并從應用中發(fā)現(xiàn)規(guī)律，更深層次地揭示海洋工程中的客觀現(xiàn)象和規(guī)律，促進海洋工程與相關學科的發(fā)展，使海洋工程的基礎理論與關鍵技術在國家海洋開發(fā)的重大工程建設中發(fā)揮重要作用。海洋工程學科的戰(zhàn)略地位體現(xiàn)在三個方面：（1）支撐海洋油氣資源開發(fā)、維護國家能源安全

我國擁有300萬平方公里海疆，油氣資源十分豐富。其中南海探明的油氣資源大約為400億噸。我國深海技術落后，與國外差距很大，不具備深海裝備的研究制造安裝能力。（2）為船舶工業(yè)提供關鍵技術支持海洋工程科學研究的成果最終將通過船舶工業(yè)轉化為具體的大型裝備和生產力。其研發(fā)的海洋工程開發(fā)裝備等是船舶工業(yè)的重要高端產品之一。（3）為國防安全保障作出貢獻研究中的美國海軍移動基地(VLFS)捍衛(wèi)國家主權尊嚴、海洋權益和資源、維護領土完整。1）南海石油被盜采2）海上運輸通道：馬六甲海峽3）南海海洋權益受到侵犯和挑戰(zhàn)4）祖國尚未統(tǒng)一“奧德賽”號發(fā)射平臺，由鉆井平臺改裝的發(fā)射場，航行速度22公里/小時?！皧W德賽”的頂部甲板長131米,寬67米,排水量3萬噸;進入發(fā)射位置后,浮筒中灌入大量海水,排水量也會達到4.6萬噸,可以確保發(fā)射時的穩(wěn)定性。二、海洋工程的前沿技術問題海洋油氣資源開發(fā)、海洋空間利用、船舶與海洋工程制造工程實際提出了一系列的重大科學技術問題：（1）海洋資源開發(fā)裝備●新概念海洋工程結構物研究開發(fā)技術

新概念海洋平臺開發(fā)；邊際油田開發(fā)技術；新型特種海上工作船研制關鍵技術；天然氣水合物勘探開發(fā)技術；海上風能、波浪能、潮汐能、溫差能等新型海洋能源利用技術與裝備；海水、礦產、生物等海洋資源利用技術與裝備開發(fā)；超大型浮式海洋結構物、超大型儲油裝置等。圖半潛式風電基礎

波浪發(fā)電裝置五萬噸級渤海友誼號FPSO二、海洋工程的前沿技術問題●深海平臺關鍵技術新概念深海平臺、半潛式平臺、立柱式平臺（SPAR）、張力腿平臺（TLP）、深海平臺定位系統(tǒng)和立管系統(tǒng)、深海平臺海上運輸與安裝關鍵技術。半潛式平臺張力腿平臺立柱式平臺（SPAR）二、海洋工程的前沿技術問題●

浮式生產儲卸油系統(tǒng)（FPSO）關鍵技術新型FPSO、單點系泊系統(tǒng)、淺水FPSO系統(tǒng)、新型FLNG系統(tǒng)、新型FDPSO系統(tǒng)、FPSO/FLNG柔性連接輸油系統(tǒng)關鍵技術?！?/p>

深海裝備的海上安裝技術海上運輸或拖航、平臺主體安裝、平臺上部模塊安裝、深海系泊系統(tǒng)安裝、立管系統(tǒng)安裝、水下生產系統(tǒng)安裝關鍵技術等。Spar濕拖運輸TLP與FPSO聯(lián)合生產系統(tǒng)二、海洋工程的前沿技術問題（2）海洋管線與立管●海洋管線與立管設計技術海洋管線、立管的設計技術；海洋管線和立管在油氣生產輸送系統(tǒng)中的關鍵技術；海洋管線和立管在鉆探系統(tǒng)中的關鍵技術等?！窈Ｑ蠊芫€與立管所受環(huán)境載荷海洋流和波浪對管線和立管的非線性載荷作用；水面結構物與管線和立管的耦合運動效應；海底環(huán)境對管線和立管的非線性載荷作用；極端海洋環(huán)境條件下管線和立管所受環(huán)境載荷分析等。●立管系統(tǒng)安裝墨西哥灣水下立管布置照光處為吸油裝置采油立管TLP立管(3)系泊系統(tǒng)●

單點系泊系統(tǒng)單點系泊系統(tǒng)與立管布置形式的設計；單點系泊系統(tǒng)的動態(tài)運動穩(wěn)定性問題；轉塔位置對單點系泊系統(tǒng)風標效應的影響；單點系泊系統(tǒng)水平回復特性的研究；單點系泊系統(tǒng)水平運動慢漂阻尼的研究；●

深海多點系泊系統(tǒng)深海系泊系統(tǒng)阻尼、動載荷等動力響應機理；深海錨泊定位與動力定位等不同定位模式間的配合；深海系泊系統(tǒng)形式的選擇與布置形式；深海系泊纜組成成分與材料的確定；深海內波、極大波等非線性海洋環(huán)境載荷對系泊系統(tǒng)動力響應特性的影響等。二、海洋工程的前沿技術問題Spreadmooring單點系泊深海平臺系泊二、海洋工程程的前沿技術術問題(4)水下工工程與技術本研究方向主主要分為潛水水器、深?？湛臻g站等。●潛水器前沿技技術研究新概念潛潛水器和水下下作業(yè)方法、、潛水器總體體和集成技術術與方法、水水下航行和推推進的流體體動力分析和和優(yōu)化、潛水水器特種材料料和結構、深深水遠距離動動力和信息傳傳輸、深水布布放回收技術術及其關鍵過過程機理研究究、海洋環(huán)境境潛水器動力力學和操縱控控制、水下定定位、環(huán)境感感知和人工智智能等?！裆詈？臻g站研究深?？臻g間站頂層設計計與總體優(yōu)化化技術、深海?？臻g站超大大潛深結構技技術、深海空空間站水動力力性能優(yōu)化與與綜合預報技技術、深?？湛臻g站潛器搭搭載與收放技技術、深?？湛臻g站站載系系統(tǒng)等。三、海洋工程程學科的前沿沿學術問題1、極限海洋洋環(huán)境及其與與結構物相互互作用研究在海洋運輸和和海洋開發(fā)工工程中，極限限海洋環(huán)境把把握十分重要要。該方面的的研究主要包包括：（1）極限海海洋環(huán)境的數(shù)數(shù)理描述；（2）極限海海洋環(huán)境與結結構物的作用用機理；（3）復雜海海洋水聲環(huán)境境效應規(guī)律。。（1）強非線性水波的相互作用和干擾；（2）強非線性水波、風、非均勻流與海洋工程結構物的相互作用；（3）船舶與海洋浮體非線性響應的機理與預報方法。

理論研究的精細化、工程實際應用的精度要求，使非線性動力研究一直是、未來一段時間也將是船舶與海洋工程研究者的最關心問題之一。該方面的研究主要包括：2、非線性水動力學、結構物非線性動力響應機理與數(shù)值方法研究三、海洋工程程學科的前沿沿學術問題3、基于CFD的數(shù)值模模擬理論與方方法研究計算水動力學學已成為開展展船舶與海洋洋工程結構物物水動力性能能研究的重要要手段，該方方面的研究主主要包括：（1）波-流流-結構物相相互作用問題題的數(shù)值模擬擬；（2）深海水水動力學問題題的數(shù)值模擬擬；（3）船舶與與海洋工程數(shù)數(shù)值水池仿真真實驗室研究究；（4）全尺度度船舶與海洋洋結構物復雜雜流動問題的的大規(guī)模并行行數(shù)值計算仿仿真。4、海洋結構構物強度與可可靠性研究（1）船舶與與海洋結構物物極限承載能能力；（2）海洋結結構物全壽命命周期分析設設計方法；（3）新型復復合材料結構構強度與設計計；（4）基于可可靠性和風險險評估技術的的結構分析方方法.四、海洋工程程領域的前沿沿研究方向4.1船舶舶與海洋工程程水動學領域域船舶與海洋工工程水動力學學是研究海洋洋平臺（航行行體/結構物物）在復雜海海洋環(huán)境條件件下的流動現(xiàn)現(xiàn)象、預報和和控制海洋平平臺的非線性性／動態(tài)載荷荷與響應的基基礎性研究科科學，是流體體動力學的重重要分支領域域。4.1.1非非線性水動力力學1）強非線性性水波、風、、非均勻流與與海洋工程結結構物的相互互作用。2）深水極端端非線性海洋洋環(huán)境，以及及淺水非線性性海洋環(huán)境的的研究；3）船舶與海海洋浮體整體體非線性響應應的機理與預預報方法，包包括：三維非非線性水彈性性與擊振、參參數(shù)型橫搖運運動的時域分分析、極限運運動與傾覆分分析、液艙晃晃蕩與船舶運運動非線性耦耦合分析、超超大型FPSO淺水效應應以及多浮體體水動力性能能研究等。4）船舶局部部強非線性流流動和響應預預報理論，包包括艏艉砰擊擊載荷、甲板板上浪及其載載荷、液艙晃晃蕩載荷、深深海平臺波浪浪爬升等。5）船舶與海海洋浮體非線線性響應試驗驗技術的研究究，包括非線線性海洋環(huán)境境的模擬技術術，船舶與海海洋浮體整體體與局部非線線性響應的測測試技術等。。四、海洋工程程領域的前沿沿研究方向4.1.2計計算水動力學學（CFD））1）波-流-結構物相互互作用問題的的數(shù)值模擬，，包括小尺度度問題(如海海洋平臺立柱柱，錨鏈，系系泊系統(tǒng))和和大尺度問題題(如人工島島，海上機場場，儲油罐)的波流場數(shù)數(shù)值模擬和水水動力特性的的計算。2）深海水動動力學問題的的數(shù)值模擬，，包括分層流流和內波，復復雜潛流，深深海管線內流流和外流耦合合，立管多模模態(tài)渦激振動動，海洋結構構物大變形流流固耦合的水水彈性問題，，深海錨鏈系系統(tǒng)的數(shù)值分分析和水動力力性能計算。。3）船舶與海海洋工程數(shù)值值水池仿真實實驗室研究，，包括數(shù)值造造波，數(shù)值造造流，船舶和和海洋結構物物在復雜波流流和各種限制制環(huán)境下的全全流場數(shù)值仿仿真和動態(tài)演演示方法和技技術。4）全尺度船船舶與海洋結結構物復雜流流動問題的大大規(guī)模并行數(shù)數(shù)值計算仿真真，主要是針針對實船、船船-槳-附體體、超大型海海上浮體和平平臺的流場數(shù)數(shù)值模擬和水水動力性能預預報。5）船舶與海海洋結構物優(yōu)優(yōu)異水動力性性能的數(shù)值技技術開發(fā)研究究，即通過數(shù)數(shù)值模擬實行行船舶減阻，，船型優(yōu)化，，新船型開發(fā)發(fā)，海洋平臺臺優(yōu)化設計，，新概念船舶舶和海洋結構構物開發(fā)的方方法和技術。。6）船舶與海海洋工程水動動力學問題數(shù)數(shù)值計算的非非確定性分析析，包括對數(shù)數(shù)學模型、湍湍流模式、方方程離散、數(shù)數(shù)值方法、編編程過程、編編譯系統(tǒng)等誤誤差源的非確確定性分析。。四、海海洋工工程領領域的的前沿沿研究究方向向4.1.3海洋洋工程程結構構物水水動力力性能能●深海平平臺水水動力力性能能研究半半潛式式平臺臺水動動力性性能；；立柱柱式平平臺（（SPAR）水水動力力性能能；張張力腿腿平臺臺（TLP）水水動力力性能能；新新概念念深海海平臺臺水動動力性性能；；深海海平臺臺與定定位系系統(tǒng)的的耦合合水動動力分分析；；深海海平臺臺海上上運輸輸與安安裝過過程水水動力力分析析；深深海平平臺極極限環(huán)環(huán)境載載荷、、低頻頻響應應、高高頻振振動、、波浪浪爬升升與砰砰擊、、渦激激運動動及控控制等等特殊殊水動動力性性能；；內波波與深深海平平臺系系統(tǒng)的的水動動力作作用等等?！窀∈缴a儲儲卸油油系統(tǒng)統(tǒng)（FPSO））水動動力性性能研究FPSO與與單點點系泊泊系統(tǒng)統(tǒng)的耦耦合水水動力力分析析；FPSO甲甲板上上浪與與砰擊擊等特特殊水水動力力性能能；淺淺水FPSO系系統(tǒng)水水動力力性能能；單單點系系泊FPSO水水平面面運動動與穩(wěn)穩(wěn)定性性分析析等。?！裆钏：Ｑ蠊すこ趟畡恿αδＰ托蛯嶒烌灧椒ǚㄑ芯刻靥厥夂：Ｑ髣觿恿Νh(huán)環(huán)境模模擬方方法；；深海海平臺臺混合合模型型實驗驗方法法；深深水系系泊系系統(tǒng)、、立管管系統(tǒng)統(tǒng)的等等效模模擬方方法；；波浪浪爬升升等模模型實實驗方方法；；動力力定位位系統(tǒng)統(tǒng)模型型實驗驗方法法；海海洋工工程結結構物物水動動力性性能的的海上上實測測技術術；深海海平臺臺極限限環(huán)境境載荷荷、低低頻響響應、、高頻頻振動動與砰砰擊、、渦激激運動動及控控制等等特殊殊水動動力性性能；；內波波與深深海平平臺系系統(tǒng)的的水動動力作作用等等。四、海海洋工工程領領域的的前沿沿研究究方向向4.1.4流流固耦耦合●單體彈彈性浮浮式結結構物物的動動力響響應研研究研究單單體浮浮式結結構物物水彈彈性響響應的的時域域分析析理論論；碰碰擊作作用下下的彈彈性浮浮式結結構物物水彈彈性響響應分分析技技術；；甲板板上浪浪作用用下的的彈性性浮式式結構構物水水彈性性響應應分析析技術術；考考慮二二階波波浪力力作用用下的的彈性性浮式式結構構物水水彈性性響應應分析析技術術等。?！穸囿w彈彈性浮浮式結結構物物的動動力響響應研研究研究多多體浮浮式結結構物物水彈彈性響響應的的頻域域分析析理論論研究究；多多體浮浮式結結構物物水彈彈性響響應的的時域域分析析理論論研究究；考考慮波波浪二二階力力貢獻獻的多多體浮浮式結結構物物水彈彈性響響應分分析技技術。?！窕贑FD和結結構動動力學學的海海洋結結構物物水彈彈性響響應分分析理理論研研究4.1.5實驗水動力學●復雜、災害性深海環(huán)境模擬理論與方法研究內容包括：奇異波與碎波等模擬理論與方法；任意主方向短峰波、雙峰譜短峰波、奇異波疊加短峰波等不規(guī)則波模擬理論與方法；分層流、內波模擬理論與方法；均勻穩(wěn)定深水流、剪切深水流、高速表層流等模擬理論與方法；非定常風場模擬理論與方法。四、海海洋工工程領領域的的前沿沿研究究方向向●船舶與與海洋洋工程程模型型試驗驗理論論與技技術研究船船舶與與海洋洋工程程模型型試驗驗尺度度效應應與相相似律律；深深海平平臺、、深水水系泊泊系統(tǒng)統(tǒng)、立立管系系統(tǒng)的的水深深截斷斷模擬擬理論論與技技術；；平臺臺渦激激運動動及深深海柔柔性構構件渦渦激振振動實實驗技技術；；甲板板上浪浪、波波浪爬爬升、、砰擊擊、晃晃蕩等等非線線性力力學模模型試試驗技技術；；水下下運載載器操操縱與與控制制模型型試驗驗技術術；深深海立立管結結構疲疲勞試試驗技技術等等。●大型海海上裝裝備現(xiàn)現(xiàn)場測測試研究海海上風風、浪浪、流流環(huán)境境現(xiàn)場場測量量與分分析方方法；；海上上裝備備運動動性能能現(xiàn)場場測量量方法法；系系泊系系統(tǒng)和和立管管系統(tǒng)統(tǒng)運動動與載載荷現(xiàn)現(xiàn)場測測量方方法；；現(xiàn)場場測試試數(shù)據(jù)據(jù)的長長期自自動同同步采采集、、傳輸輸與處處理；；現(xiàn)場場監(jiān)測測及遠遠距離離遙控控監(jiān)測測系統(tǒng)統(tǒng)等。。4.2海海洋結結構物物強度度與可可靠性性4.2.1海海洋結結構物物整體體與極極限強強度局局部強強度●船舶與與海洋洋結構構物總總強度度分析析方法法研究全結結構有限限元分析析模型的的建立以以及簡化化力學分分析模型型的建立立；海洋洋工程結結構在爆爆炸載荷荷下的安安全性評評估；有有限元建建模不確確定性研研究；基基于可靠靠性理論論的結構構總強度度安全性性評估技技術；基基于總強強度和局局部強度度協(xié)調一一致的結結構優(yōu)化化設計技技術等。。四、海洋洋工程領領域的前前沿研究究方向●船舶與海海洋結構構物極限限承載能能力研究究研究結構構極限狀狀態(tài)下逐逐步倒塌塌的非線線性仿真真技術；；結構總總體屈曲曲和局部部屈曲的的相互作作用分析析；焊接接殘余應應力對極極限強度度影響；；制造加加工變形形的隨機機特性對對極限強強度的影影響；腐腐蝕對極極限強度度的影響響；含裂裂紋結構構的極限限強度分分析；局局部損傷傷結構（（比如凹凹陷）對對極限強強度影響響的分析析技術。。●海洋結構構物局部部強度的的應力分分析設計計方法研研究研究海洋洋結構物物局部應應力三維維有限元元分析標標準化；；海洋結結構物的的局部強強度應力力分類設設計理論論；海洋洋結構物物在極端端環(huán)境條條件下局局部強度度控制準準則等。。4.2.2海海洋結構構物局部部強度與與疲勞壽壽命●海洋結構構物疲勞勞分析研究高強強度鋼等等海洋工工程結構構材料在在海洋環(huán)環(huán)境條件件下的疲疲勞性能能研究;非線性性疲勞損損傷模型型研究;隨機載載荷作用用下的疲疲勞裂紋紋擴展壽壽命預報報方法；；隨機載載荷譜及及疲勞載載荷譜標標準化研研究；深深海柔性性立管疲疲勞特性性的預報報與實驗驗研究；；纜索結結構在復復雜海洋洋環(huán)境載載荷作用用下的疲疲勞特性性預報及及實驗研研究等。。四、海海洋工工程領領域的的前沿沿研究究方向向●海洋結結構物物全壽壽命周周期分分析設設計方方法研究海海洋工工程材材料的的腐蝕蝕模型型研究究；海海洋結結構物物的腐腐蝕疲疲勞模模型研研究；；基于于腐蝕蝕、疲疲勞損損傷演演化的的全壽壽命周周期海海洋結結構物物設計計方法法研究究等。。4.2.3海海洋結結構物物非線線性動動力響響應●海洋結結構物物極端端響應應研究深深水極極端非非線性性海洋洋環(huán)境境載荷荷，海海洋結結構物物整體體非線線性響響應破破壞機機理與與預報報方法法?！窈Ｑ蠼Y結構物物耦合合動力力響應應研究海海洋結結構物物與強強非線線性波波浪相相互作作用機機理、、海洋洋結構構物與與系泊泊系統(tǒng)統(tǒng)和立立管系系統(tǒng)的的非線線性流流固耦耦合分分析方方法。?！窈Ｑ蠼Y結構物物局部部非線線性動動力響響應研究海海洋結結構物物局部部強非非線性性振動動和響響應預預報理理論，，包括括艏艉艉砰擊擊載荷荷、甲甲板上上浪及及其載載荷、、波浪浪爬升升等。?！窈Ｑ蠼Y結構物物非線線性屈屈曲研究超超大潛潛深結結構與與海底底管道道的非非線性性屈曲曲特性性。四、海海洋工工程領領域的的前沿沿研究究方向向4.2.4基基于可可靠性性和風風險評評估技技術的的結構構分析析方法法●船舶與與海洋洋結構構物全全壽命命周期期安全全性評評估研究船船舶與與海洋洋結構構物自自診斷斷與安安全性性評價價；全全生命命周期期下的的船舶舶與海海洋結結構物物的設設計與與建造造理論論；船船舶與與海洋洋結構構物全全壽命命風險險評估估與決決策；；海洋洋結構構物正正常使使用工工況條條件下下的危危險區(qū)區(qū)域的的識別別；海海洋結結構物物在極極端環(huán)環(huán)境條條件下下風險險控制制技術術等。?！袷鹿蕮p損傷評評估研究碰碰撞、、觸礁礁、燃燃燒等等過程程對船船舶與與海洋洋結構構物的的損傷傷機理理；近近船體體爆炸炸沖擊擊波的的傳播播特性性及其其與船船體表表面的的相互互作用用機理理；水水下爆爆炸氣氣泡對對船體體結構構毀傷傷機理理及剩剩余生生命力力；船船舶與與海洋洋結構構物結結構疲疲勞斷斷裂、、極限限強度度、防防腐疲疲勞損損傷感感知、、監(jiān)測測；重重大事事故發(fā)發(fā)生后后船舶舶與海海洋結結構物物的環(huán)環(huán)境載載荷和和剩余余極限限強度度分析析；重重大事事故情情況下下的修修復費費用效效益評評估等等?！耧L險評評估的的理論論研究究研究海海洋結結構物物重大大災難難性事事故統(tǒng)統(tǒng)計及及發(fā)生生的概概率分分析；；海洋洋結構構物風風險概概率與與損失失模型型；海海洋結結構物物風險險決策策模型型；海海洋結結構物物工程程保險險精算算研究究；船船舶與與海洋洋結構構物災災害性性事故故中人人因失失效模模式及及影響響分析析；基基于風風險的的海洋洋結構構物的的損傷傷檢測測、診診斷、、險情情預報報、維維修和和報廢廢決策策等。。四、海海洋工工程領領域的的前沿沿研究究方向向4.2.6結結構物物海底底基礎礎強度度與可可靠性性●深海結結構物物海底底基礎礎強度度特性性研究深深海結結構物物海底底基礎礎強度度與極極限承承載特特性；；深海海結構構物海海底基基礎與與周圍圍地層層介質質相互互作用用的破破壞模模式與與承載載能力力；考考慮海海底地地下水水滲流流影響響的深深海結結構物物海底底基礎礎強度度的計計算理理論與與數(shù)值值方法法；深深海結結構物物海底底吸力力式桶桶形基基礎沉沉貫過過程中中的關關鍵技技術；；深海海結構構物海海底基基礎強強度與與變形形的現(xiàn)現(xiàn)場量量測技技術等等。●極端災害環(huán)環(huán)境下深海海結構物海海底基礎動動力特性研究極端環(huán)環(huán)境荷載作作用下深海海結構物海海底基礎動動力響應與與安全性評評估；海洋洋結構物海海底基礎與與海底沖刷刷的耦合動動力分析；；深海結構構物海底基基礎與周圍圍地層介質質相互作用用的模型試試驗技術；；地震等極極端災害環(huán)環(huán)境作用下下海底地基基砂土液化化及對結構構物基礎強強度的影響響?！裆詈＝Y構物物海底基礎礎可靠性研究海底結結構物自診診斷技術與與可靠性評評價；全生生命周期下下海洋結構構物海底基基礎的設計計與建造理理論；結構構物海底基基礎全壽命命風險評估估與決策；；海洋結構構物海底基基礎與地基基在極端環(huán)環(huán)境條件下下風險控制制技術。四、海洋工工程領域的的前沿研究究方向●深?？臻g站站研究深海空空間站頂層層設計與總總體優(yōu)化技技術；深海?？臻g站超超大潛深結結構技術研研究；深海?？臻g站水水動力性能能優(yōu)化與綜綜合預報技技術；深海?？臻g站潛潛器搭載與與收放技術術；深?？湛臻g站站載載系統(tǒng)研究究等。4.3深海海潛器●潛水器總體體和集成技技術研究潛水器器的總體設設計和集成成技術；復復雜線型水水下航行體體的水動力力性能預報報和優(yōu)化技技術；大深深度載人潛潛水器無動動力下潛/上浮技術術；載人潛潛水器系統(tǒng)統(tǒng)的安全可可靠性技術術；大深度度載人鈦合合金球殼的的設計及制制造技術；；低密度耐耐高壓的浮浮力材料及及其加工技技術；高能能量密度的的深海動力力技術；針針對作業(yè)目目標的穩(wěn)定定懸停定位位技術；美國深海空間站概念圖長8m,下潛深度7000米，航速2.5-3節(jié)。2010年7月18日海試成功。四、海洋工工程領域的的前沿研究究方向4.4海洋洋資源開發(fā)發(fā)利用4.4.1海洋能源源開發(fā)●海上風力發(fā)發(fā)電研究新型海海上風電機機組支撐結結構載荷及及強度分析析方法；海海上風電設設備安裝施施工技術與與裝備；海海上風電機機組支撐結結構的設計計荷載條件件、最優(yōu)結結構形式與與設計標準準；海上風風電機組荷荷載與環(huán)境境荷載的組組合方法；；海上風電電機組浮式式基礎的結結構形式、、分析模型型及計算方方法；研究究海上風電電機組減災災防災以及及運行安全全技術；海海上風電機機組全壽命命安全評估估理論與方方法?！窈Ｉ巷L力發(fā)發(fā)電研究新型海海上風電機機組支撐結結構載荷及及強度分析析方法；海海上風電設設備安裝施施工技術與與裝備；海海上風電機機組支撐結結構的設計計荷載條件件、最優(yōu)結結構形式與與設計標準準；海上風風電機組荷荷載與環(huán)境境荷載的組組合方法；；海上風電電機組浮式式基礎的結結構形式、、分析模型型及計算方方法；研究究海上風電電機組減災災防災以及及運行安全全技術；海海上風電機機組全壽命命安全評估估理論與方方法。四、海洋工工程領域的的前沿研究究方向●潮流發(fā)電研究新型高高效、適合合較低流速速的潮流能能獲能裝置置；潮流水水輪機設計計理論、制制造及優(yōu)化化運行控制制技術；潮潮流能水輪輪機支撐載載體與固定定系統(tǒng)；水水輪機流-固耦合的的動力學分分析和性能能預測的數(shù)數(shù)值模擬方方法研究；；潮流發(fā)電電獲能裝置置中涉及的的柔性體與與流體耦合合中的變形形與獲能機機理研究；；海洋環(huán)境境下的潮流流發(fā)電裝置置載荷計算算、動態(tài)特特性、減災災防災以及及運行安全全技術研究究?！癫ɡ四苎芯看笾行桶栋妒秸袷幩馨l(fā)電裝裝置的研究、、設計及優(yōu)化化運行技術；；離岸式波能能發(fā)電裝置的的設計；波能能利用裝置發(fā)發(fā)電平穩(wěn)出力力波浪能發(fā)電設備潮汐能發(fā)電設備5.1海海洋深水立管管的組成與種種類●立管組成海洋立管是連連接水面浮式式裝置和位于于海床的海底底設備(如井井口、PLEM、總管)的導管，是是現(xiàn)代海洋工工程結構系統(tǒng)統(tǒng)中的重要組組成部分之一一，同時也是是薄弱易損的的構件之一。。一般情況，，海洋立管下下端通過萬向向節(jié)與海底井井口連接，其其上端與平臺臺或船舶底部部的滑移節(jié)配配合。典型立管系統(tǒng)統(tǒng)主要包括：：管道、浮體體與井口之間間的接口設備備、部件、輔輔助件?！窳⒐芊N類立管的形式本本質上有兩種種，即剛性立立管和柔性立立管，混合立立管是兩者的的結合。按照照線型分又可可以分為頂張張力立管(TTRs)、鋼懸鏈線線立管(SCR)、惰性性S立管、陡陡峭型S立管管、陡峭型波波浪立管等。。海洋立管用途途為：采油/注水；鉆井井；循環(huán)液體體的流進和流流出；完井；；修井。五、深海立管參激-渦激振動及疲勞研究惰性S立管五、深海立管管參激-渦激激振動及疲勞勞研究惰性S形立管惰性波形立管陡峭波形立管陡峭S形立管頂張力立管五、深海立管管參激-渦激激振動及疲勞勞研究5.2TTRs立管存存在的主要科科學問題海洋立管下端端通過萬向節(jié)節(jié)與海底井口口連接，上端端與平臺或船船舶底部的滑滑移節(jié)配合：：5.2.1作作用在立管管上的載荷●誘導載荷浮體運動：立立管頂端浮體體運動載荷施施加在立管，，這為浮體運運動誘導載荷荷。

●環(huán)境載荷波浪力：表面波、內波海流力：拖曳力渦激力：當海流流經柱體時，在柱體的下游產生漩渦，漩渦周期的形成和泄放，產生渦激升力。五、深海立管管參激-渦激激振動及疲勞勞研究5.2.2立立管參激振振動●立管的參激振振動立管的浮體（（船舶或者平平臺）升沉運運動導致立管管上端邊界受受到激勵，由由此產生兩個個效應，其一一是導致立管管的上端邊界界是可動的；；其二是引起起立管軸向力力隨浮體運動動而發(fā)生時變變，這兩個效效應使得立管管水平彎曲振振動加大，這這既是立管的的參激振動問問題?！駞⒓ふ駝有獞獏⒓ふ駝涌梢砸砸鹆⒐芷狡胶馕恢玫牟徊环€(wěn)定性，并并出現(xiàn)參數(shù)共共振。參數(shù)共共振會導致立立管振動幅值值過大，產生生疲勞破壞。。5.2.3立立管渦激振振動●立管的渦激振振動當海流流經柱柱體時，在柱柱體的下游產產生漩渦，漩漩渦周期的形形成和泄放，，產生渦激升升力，引起柱柱體發(fā)生垂直直于流向的振振動，這便是是渦激振動。。●立管渦激振動動鎖定當旋渦本身的的泄放頻率同同立管結構自自振頻率接近近時，發(fā)生立立管振動“頻頻率鎖定（lock-in）”現(xiàn)象象，立管結構構的振動驅使使旋渦的泄放放頻率在一個個較大的斯特特哈拉數(shù)范圍圍內鎖定在結結構的自振頻頻率附近，此此時渦激升力力急劇增大，，導致柱體發(fā)發(fā)生劇烈的振振動。五、深海立管管參激-渦激激振動及疲勞勞研究5.2.4立立管參激+渦激+拖曳曳力聯(lián)合振動動深海立管主要要受到三種外外部激勵形式式的作用，第第一種是流向向莫里森水動動力，第二種種是平臺升沉沉引起的參數(shù)數(shù)振動，第三三種是漩渦泄泄放引起的渦渦激振動。已已有的研究工工作大都把三三種形式的激激勵分開討論論，未考慮參參數(shù)激勵的存存在對立管受受迫振動和渦渦激振動時的的影響，這與與實際的海洋洋環(huán)境是不符符的。5.2.5立立管參激+渦激聯(lián)合振振動的疲勞浮體垂向運動動作用下立管管發(fā)生參數(shù)振振動，在海流流作用下引起起立管水平面面內的渦激振振動，參激振振動與渦激振振動之間相互互影響，相互互作用，改變變立管振動響響應特性和疲疲勞特性。加加速立管的疲疲勞損傷，導導致立管的疲疲勞破壞。5.3尚沒沒有解決的問問題●深海立管隨機機參數(shù)激勵下下失穩(wěn)機理和和非線性隨機機動力特性？？●考慮浮體在非非規(guī)則波上運運動，隨機參參數(shù)激勵的表表達方法？●深海立管隨機機參數(shù)激勵和和渦激振動之之間的相互作作用的描述？？●綜合考慮隨機機參數(shù)激勵和和渦激振動立立管的疲勞累累積損傷分析析方法？五、深海立管管參激-渦激激振動及疲勞勞研究5.4研究究內容●深海立管的參參激共振機理理研究分別考慮平臺臺規(guī)則運動和和隨機運動，，確定參數(shù)激激勵項，研究究平臺運動引引起的立管失失穩(wěn)機理，考考慮平臺運動動的不同頻率率與立管固有有頻率比值關關系，研究立立管的1/2亞諧共振-主參數(shù)共振振、主共振-主參數(shù)共振振以及組合參參數(shù)共振，揭揭示升沉振動動能量向立管管橫向彎曲振振動轉移的機機理，揭示立立管隨機參數(shù)數(shù)激勵動力特特性和失穩(wěn)域域?！裆詈Ａ⒐軈?shù)數(shù)激勵-渦激激耦合振動特特性研究考慮平臺規(guī)則則升沉和隨機機升沉運動，，針對簡諧參參數(shù)激勵和隨隨機參數(shù)激勵勵與渦激振動動耦合，分別別研究簡諧參參數(shù)激勵-渦渦激耦合動力力特性、隨機機參數(shù)激勵-渦激耦合動動力特性。研研究立管參數(shù)數(shù)激勵對渦激激橫向振動的的影響，研究究渦激振動幅幅值和頻率特特性的改變，，針對平臺運運動的頻率、、立管固有頻頻率、渦激頻頻率之間的不不同比值關系系，研究立管管超諧共振、、亞諧共振和和組合參數(shù)共共振，揭示升升沉振動能量量向渦激振動動轉移的機理理，確定參數(shù)數(shù)激勵和渦激激耦合振動的的失穩(wěn)域。五、深海立管管參激-渦激激振動及疲勞勞研究●深海立管參激激振動和渦激激耦合振動立立管疲勞累積積損傷研究考慮平臺規(guī)則則升沉和隨機機升沉運動，，分別研究簡簡諧參數(shù)激勵勵-渦激振動動疲勞以及隨隨機參數(shù)激勵勵-渦激振動動疲勞特性。。針對隨機參參數(shù)激勵-渦渦激振動疲勞勞，考慮非線線性振動響應應的亞諧和超超諧振動響應應分量，研究究立管振動響響應的極值分分布，隨機參參數(shù)激勵振動動對于立管疲疲勞累積損傷傷的影響，得得到立管疲勞勞累積損傷特特性，提出立立管疲勞累積積損傷分析方方法。5.4研究究目標●揭示立管隨機機振動失穩(wěn)機機理給出海洋立管管隨機參數(shù)激激勵振動的動動力學特性，，揭示立管隨隨機參數(shù)激勵勵振動失穩(wěn)的的機理，提出出深海立管振振動失穩(wěn)的判判別條件?！窠沂玖⒐軈?shù)數(shù)激勵和渦激激振動的失穩(wěn)穩(wěn)機理給出參數(shù)激勵勵振動和渦激激振動相互作作用的動力學學特性，提出出參數(shù)激勵對對于渦激振動動的影響規(guī)律律，揭示參數(shù)數(shù)激勵和渦激激振動的失穩(wěn)穩(wěn)機理，給出出立管振動失失穩(wěn)的判別方方法。五、深海立管管參激-渦激激振動及疲勞勞研究●參數(shù)激勵和渦渦激振動疲勞勞壽命評估方方法綜合考慮隨機機參數(shù)激勵和和渦激振動，，揭示立管疲疲勞累積損傷傷機理，提出出立管疲勞累累積損傷計算算和立管疲勞勞壽命的預報報方法?！裉岢鰷p小有有害振動措施施綜合考慮參激激振動和渦激激振動特性，，針對TTRs立管，提提出減小立管管有害振動的的方法，延長長立管的有效效服務期限。。5.5關鍵鍵問題●建立參激運運動表達式的的由于立管上端端與平臺通過過張緊器連接接，如何把平平臺運動轉化化為立管上端端的準確邊界界運動條件和和立管隨機參參數(shù)激勵的表表達式?！窠⑵脚_升沉沉運動的長期期概率分布為了在渦激振振動疲勞分析析中考慮隨機機參數(shù)激勵振振動影響，建建立平臺升沉沉運動的長期期概率分布。。五、深海立管管參激-渦激激振動及疲勞勞研究5.6理論論研究技術路路線及主要方方法5.6.1技技術路線5.6.2采用的理論與與方法立管參數(shù)激勵振動研究參數(shù)激勵與渦激聯(lián)合振動研究立管損傷與疲勞分析方法研究立管參激振動模型試驗（1）總的理理論與方法理論分析+編編程數(shù)值計算算+商業(yè)軟件件計算+模型型實驗。五、深海立管管參激-渦激激振動及疲勞勞研究（2）基本理論理論分析方法法：●非線性動力學學理論，包括括方程建立，，求解析解，，穩(wěn)定性分析析，編程直接接求解動力學學方程，伽遼遼金解法?！耠S機振動理論論：隨機微分分方程的求解解，計算均方方根位移響應應，模態(tài)位移移的概率密度度函數(shù)。●結構損傷與疲疲勞理論：確定應力分布布模型及疲勞勞載荷譜，短短期響應預報報，疲勞壽命命分析。六、SPAR平臺參激運運動特性及穩(wěn)穩(wěn)定性研究6.1深水水Spar平平臺的發(fā)展第一代：經典典（CLASSIC）SPAR平臺臺；第二代：桁架架式(TRUSS)SPAR平臺臺第三代：多柱柱式（CELL）SPAR平臺六、SPAR平臺參激運運動特性及穩(wěn)穩(wěn)定性研究6.2深深水SPAR平平臺的的結構構形式式主要要性能能6.2.1經典典SPAR主要運運動性性能有有主體體決定定。主主體為為直徑徑20-30米米、高高200米米左右右的圓圓筒。。影響響運動動的主主要參參數(shù)包包括：：重心心高、、浮心心高、、穩(wěn)心心高。。由于于縱蕩蕩周期期很大大，一一般不不會發(fā)發(fā)生縱縱蕩共共振，，但是是對于于低頻頻波浪浪（長長峰波波）敏敏感，，低頻頻波浪浪會引引起大大幅運運動。。此外外，垂垂蕩和和縱搖搖耦合合運動動，發(fā)發(fā)生Mathieu失穩(wěn)穩(wěn)。特特點是是對于于水深深不敏敏感，，此外外主體體發(fā)生生渦激激振動動也是是要關關注的的問題題，主主體螺螺旋側側板可可以抑抑制渦渦激振振動發(fā)發(fā)生，，但是是螺旋旋側板板的設設計是是需要要探討討的問問題。。六、SPAR平平臺參參激運運動特特性及及穩(wěn)定定性研研究6.2.2TrussSPAR（桁桁架式式）平平臺該類型型平臺臺主體體尺度度為經經典平平臺0.5-0.35倍倍，增增加了了立柱柱和垂垂蕩板板。與與經典典平臺臺水動動力和和運動動方面面的區(qū)區(qū)別是是：●垂蕩板板部分分增加加了垂垂蕩阻阻尼，，垂蕩蕩運動動減小小顯著著，平平臺運運動穩(wěn)穩(wěn)定性性提高高?！裼捎谒陆Y結構為為桁架架，降降低了了流體體的拖拖曳載載荷，，主要要是洋洋流載載荷，，從而而水平平運動動可以以減小小。●垂蕩板板部分分顯著著增大大了附附連水水質量量，拉拉長垂垂蕩運運動固固有周周期，，減少少了與與波浪浪頻率率發(fā)生生共振振的可可能性性?！翊故幇灏逡话惆愣忌焐斐鲨扈旒苁绞街黧w體的邊邊沿，，可以以抑制制旋渦渦的生生成，，渦激激振動動響應應減小小?！駥Φ皖l頻波浪浪響應應不象象經典典平臺臺那么么劇烈烈，所所以封封閉式式主體體排水水量允允許減減小。。六、SPAR平平臺參參激運運動特特性及及穩(wěn)定定性研研究6.2.3多柱式式（Cell））Spar平平臺●主體上上部由由6個個圓柱柱圍繞繞一個個中心心圓柱柱組成成，主主體下下部為為桁架架式結結構。?！裆喜扛鞲鱾€單單柱可可以單單獨加加工、、運輸輸和安安裝，，制造造、運運輸和和安裝裝難度度小、、方便便?！裆喜慷喽嘀坎糠纸Y結構安安裝螺螺旋側側板，，可以以減小小渦激激振動動響應應?！翊故幇灏灏惭b裝在圓圓柱腿腿上，，具有有較大大垂蕩蕩附加加質量量和阻阻尼，，低頻頻運動動小。。●主主體體上部部多柱柱結構構安裝裝側板板可以以有效效降低低渦激激振動動，但但是側側板的的形式式和安安裝方方法需需要進進一步步研究究?！袷┕ぐ舶惭b過過程運運輸方方便，，可以以單柱柱運輸輸和安安裝。。六、SPAR平平臺參參激運運動特特性及及穩(wěn)定定性研研究6.3深深海SPAR平平臺的的參激激運動動6.3.1平平臺自自身的的運動動特性性●縱蕩運運動、、垂蕩蕩運動動、縱縱搖Spar平平臺基基本的的分析析模型型為：：大尺尺度、、深吃吃水、、直立立懸浮浮且受受有系系泊約約束的的剛性性圓柱柱體，，在風風、浪浪、流流等環(huán)環(huán)境載載荷作作用下下，發(fā)發(fā)生6個自自由度度的剛剛體運運動。。由于于系泊泊索相相對于于圓柱柱體而而言，，其布布置是是對稱稱的，，研究究表明明，Spar平平臺的的總體體運動動包括括縱蕩蕩運動動、垂垂蕩運運動、、縱搖搖和橫橫搖運運動，，都發(fā)發(fā)生在在系泊泊系統(tǒng)統(tǒng)的對對稱平平面內內，因因此平平臺的的總體體運動動響應應主要要研究究縱蕩蕩運動動、垂垂蕩運運動、、縱搖搖?！褡杂啥榷戎g間的耦耦合關關系Spar平平臺的的縱蕩蕩和橫橫蕩固固有周周期一一般在在150~350s，縱縱搖和和橫搖搖固有有周期期一般般在40~80s，，垂蕩蕩固有有周期期大約約為25~40s。?？v蕩蕩、縱縱搖和和垂蕩蕩為Spar平平臺三三種最最重要要的運運動形形式，，縱蕩蕩與縱縱搖和和垂蕩蕩兩個個運動動模態(tài)態(tài)固有有周期期相差差很大大，耦耦合是是弱的的，而而縱搖搖和垂垂蕩兩兩個運運動模模態(tài)耦耦合較較強。。六、SPAR平平臺參參激運運動特特性及及穩(wěn)定定性研研究6.3.2威威脅平平臺安安全的的共振振形式式●平臺的的低頻頻慢漂漂共振振Spar平平臺一一般可可以避避免一一階波波浪力力引起起的縱縱蕩共共振，，但在在不規(guī)規(guī)則海海浪作作用下下，二二階波波浪力力的差差頻分分量極極易引引起平平臺大大幅低低頻慢慢漂共共振響響應。。●和頻垂垂蕩共共振Spar平平臺垂垂蕩運運動一一般可可以避避免二二階波波浪力力引起起的共共振，，但是是不規(guī)規(guī)則波波作用用下，，二階階波浪浪力的的和頻頻極容容易接接近平平臺垂垂向振振動頻頻率，，導致致平臺臺垂向向發(fā)生生高頻頻彈跳跳（Springing）運運動。?！裼坷艘鸬牡钠脚_臺垂蕩蕩共振振涌浪周周期峰峰值在在25~30秒秒范圍圍，接接近Spar平平臺的的垂蕩蕩固有有周期期，這這屬于于長周周期涌涌浪引引起的的平臺臺垂蕩蕩共振振運動動。六、SPAR平平臺參參激運運動特特性及及穩(wěn)定定性研研究6.3.3SPAR平平臺內內共振振及參參數(shù)激激勵●平臺運動的內共振-模態(tài)之間的能量傳遞對一般Spar平臺，垂蕩固有頻率高于縱搖固有頻率，且其一般滿足頻率的模態(tài)內共振關系，垂蕩頻率接近縱搖頻率的2倍，。當波高大于臨界值時，垂蕩能量向縱搖傳遞，引起平臺縱搖大幅增加?！衿脚_參數(shù)激勵運動SPAR平臺垂蕩固有頻率和縱搖固有頻率之比大約為2:1，遭受大幅波浪作用時，平臺兩個模態(tài)之間具有強烈的相互作用，Spar平臺垂蕩和縱搖運動出現(xiàn)運動周期和幅值調整，運動出現(xiàn)Mathieu失穩(wěn)，平臺發(fā)生參數(shù)激勵運動。

●涌浪引起的平臺垂蕩共振涌浪周期峰值在25~30秒范圍，接近Spar平臺的垂蕩固有周期，這屬于長周期涌浪引起的平臺垂蕩共振運動。6.4存存在的的問題題六、SPAR平平臺參參激運運動特特性及及穩(wěn)定定性研研究●全張緊緊系泊泊技術術Mathieu失失穩(wěn)問問題對于平平臺運運動Mathieu失穩(wěn)穩(wěn)研究究，僅僅考慮慮半張張緊系系泊或或者懸懸鏈線線系泊泊，對對于全全張緊緊系泊泊系統(tǒng)統(tǒng)的失失穩(wěn)機機理缺缺乏研研究，，尤其其對于于桁架架式SPAR平平臺，，采用用全張張緊系系泊技技術，，這方方面缺缺乏研研究。?！耔旒芗苁絊PAR平平臺的的阻尼尼特性性Spar平平臺阻阻尼包包括了了主體體水動動力阻阻尼、、垂蕩蕩板阻阻尼、、螺旋旋側板板阻尼尼以及及系索索阻尼尼，這這些阻阻尼計計算方方法和和對耦耦合運運動失失穩(wěn)的的影響響還缺缺乏研研究。?！耔旒苁绞絊PAR平臺臺的參參數(shù)激激勵項項的確確定平臺耦耦合運運動過過程存存在參參數(shù)激激勵，，如何何確定定桁架架式SPAR平平臺的的參數(shù)數(shù)激勵勵項缺缺乏有有效方方法。?！耔旒苁絊PAR平臺的的參數(shù)運運動失穩(wěn)穩(wěn)的判別別方法Spar平臺耦耦合運動動滿足內內共振關關系時，，參數(shù)激激勵臨界界值的確確定，運運動失穩(wěn)穩(wěn)的判別別方法以以及失穩(wěn)穩(wěn)后平臺臺的動力力特性。?！裣挡淳€對對于平臺臺運動的的影響全張緊系系泊系統(tǒng)統(tǒng)剛度的的確定，，阻尼確確定，運運動響應應計算分分析，給給出系泊泊線的影影響。六、SPAR平平臺參激激運動特特性及穩(wěn)穩(wěn)定性研研究6.5研研究內內容●TrussSpar平臺水水動力特特性研究究考慮全張張緊系泊泊方式，，計算非非線性系系泊剛度度，計算算平臺縱縱搖恢復復力矩中中的參數(shù)數(shù)激勵項項，計算算Spar平臺臺主體水水動力阻阻尼、阻阻尼板以以及系索索阻尼等等水動力力系數(shù)，，以及其其他動力力學參數(shù)數(shù)。●縱搖運運動失穩(wěn)穩(wěn)的判別別條件研研究研究平臺臺非線性性耦合運運動的動動力特性性?？紤]慮長周期期涌浪，，研究平平臺垂蕩蕩運動諧諧振時，，不同運運動模態(tài)態(tài)之間的的能量傳傳遞關系系，縱搖搖運動失失穩(wěn)的臨臨界動力力學條件件，確定定運動失失穩(wěn)的參參數(shù)范圍圍?！駜裙舱袂榍闆r平臺臺運動的的動力特特性研究究考慮平臺臺運動模模態(tài)之間間的內共共振，研研究長周周期涌浪浪作用下下，平臺臺參激運運動的多多種共振振形式包包括主共共振、亞亞諧共振振、運動動跳躍，，研究平平臺不同同運動模模態(tài)之間間的能量量飽和及及能量傳傳遞現(xiàn)象象，以及及分岔和和混沌行行為?！窨刂畦扈旒苁絊PAR平臺縱縱搖失穩(wěn)穩(wěn)的方法法研究研究水動動力阻尼尼、系泊泊索阻尼尼對平臺臺耦合運運動穩(wěn)定定性的影影響。研研究控制制平臺運運動失穩(wěn)穩(wěn)的機理理和方法法，比如如調整平平臺主體體的結構構形式，，改變阻阻尼結構構形式等等。六、SPAR平平臺參激激運動特特性及穩(wěn)穩(wěn)定性研研究6.6研研究目目標●得到TrussSpar平平臺水動動力特性性參數(shù)提出平臺臺水動力力阻尼包包括主體體阻尼、、系泊阻阻尼及螺螺旋側板板阻尼的的計算方方法，以以及提出出考慮瞬瞬時濕表表面積參參數(shù)激勵勵項的計計算方法法?！窠沂酒脚_臺運動失失穩(wěn)后的的動力特特性揭示平臺臺運動失失穩(wěn)狀態(tài)態(tài)，平臺臺非線性性運動的的動力學學特征，，包括主主共振、、亞諧共共振、運運動響應應跳躍，，對平臺臺失效損損壞過程程進行計計算機仿仿真。提提出平臺臺運動失失穩(wěn)的判判別條件件?！窠o出垂蕩蕩板性能能的優(yōu)化化方法綜合考慮慮多種阻阻尼和非非線性系系泊剛度度，針對對TrussSpar平臺臺提出控控制運動動失穩(wěn)的的方法，，對垂蕩蕩板結構構和性能能進行優(yōu)優(yōu)化。●編制參激激運動分分析程序序編制桁架架式SPAR平平臺參激激運動分分析程序序。計算算全張緊緊桁架式式SPAR平臺臺的參激激運動響響應。七、海上上風力發(fā)發(fā)電浮式式基礎動動力特性性研究7.1研研究背背景●我國近海海風能資資源初步估算算我國海海上風能能資源為為7.5億千瓦瓦，為陸陸地風力力資源的的3倍。。《國家家中長期期科學和和技術發(fā)發(fā)展規(guī)劃劃綱要（（2006-2020年）》》將“風風能、太太陽能、、生物質質能等可可再生能能源技術術取得突突破并實實現(xiàn)規(guī)模?；瘧糜谩迸c““沿海與與陸地風風電場和和西部風風能資源源密集區(qū)區(qū)建設技技術與裝裝備”列列為“重重點領域域與優(yōu)先先主題””?！耧L電浮浮式基礎礎的應用用前景離海岸線線越遠，，風速越越大，風風的穩(wěn)定定性越好好，可以以驅動更更大容量量的風電電機，發(fā)發(fā)電效益益提高。。海洋發(fā)發(fā)電的主主要風能能資源分分布在離離海岸線線5-50公里里海域，，而該海海域水深深一般在在30米米以上，，為了適適應海洋洋更大發(fā)發(fā)電量需需求，風風電場將將選擇在在30米米以上甚甚至100米以以上水深深的海域域。浮式式基礎結結構海底底力矩小小，可以以降低海海底基礎礎結構建建造費用用，經濟濟性比固固定基礎礎好。我國西沙海面七、海上上風力發(fā)發(fā)電浮式式基礎動動力特性性研究7.2海海上風風電浮式式基礎的的主要形形式由浮力艙、壓載艙、系泊線及錨固基礎4個部分組成。通過壓載艙使得整個系統(tǒng)的重心壓低至浮心之下，保證整個風機在水中的穩(wěn)定,再通過輻射式布置的懸鏈線來保持整個風機的位置。下部采用大抓力錨、樁基基礎或者吸力式基礎。吸力式基礎主體為鋼制圓筒，在下部艙室內填充塊石壓載，在中上部艙室灌水壓載。Spar式基礎運動性能能：Spar形式的的基礎比比半潛式式基礎有有著更好好的垂蕩蕩性能，，因為Spar形式基基礎吃水水大，并并且垂向向波浪激激勵力小小，垂蕩蕩運動小??；但是是由于Spar形式的的基礎水水線面對對穩(wěn)性的的貢獻小小，其橫橫搖和縱縱搖值較較大。7.2.1SPAR型浮式式基礎七、海上上風力發(fā)發(fā)電浮式式基礎動動力特性性研究7.2.2半半潛式式浮式基基礎半潛式基礎●結構形式式主要由立立柱、橫橫梁、斜斜撐、壓壓水板、、系泊線線和錨固固基礎組組成。依依靠自身身重力和和浮力的的平衡以以及懸鏈鏈線系泊泊來保證證整個風風機的穩(wěn)穩(wěn)定?！襁\動性能半潛式基礎吃吃水小，在運運輸和安裝時時具有良好的的穩(wěn)定性，相相應的費用比比Spar和和TLP型式式的基礎節(jié)省省。七、海上風力力發(fā)電浮式基基礎動力特性性研究TLP式基礎●TLP型式基基礎主要由圓柱形形的中央柱、、矩形截面的的浮筒、錨固固基礎組成。。通過張力筋筋腱固定和保保持整個風機機結構的穩(wěn)定定。海底采用用樁基或者吸吸力式基礎，，在比較平坦坦的海底，還還可以采用混混凝土重力式式沉箱基礎。?！襁\動性能TLP型式的的基礎具有良良好的垂蕩和和搖擺運動特特性。缺點是是張力系泊系系統(tǒng)復雜、安安裝費用高，，張力筋腱張張力受海流影影響大，上部部結構和系泊泊系統(tǒng)的頻率率耦合易發(fā)生生共振運動。。中央柱矩形截面浮筒筒7.2.3TLP型浮浮式基礎七、海上風力力發(fā)電浮式基基礎動力特性性研究7.2.4海面浮動結構構技術（windfloat））●結構形式

屬于半潛式結構的衍生基礎結構。主要由壓水板、桁架結構、三個立柱、6根系泊線組成?！襁\動性能

壓水板連接在立柱底部，提供附加質量和增加阻尼，改善平臺的水動力特性。立柱頂部作為甲板使用，提供適當?shù)淖鳂I(yè)空間，桁架上表面作為連接通道。安裝閉式主動壓載系統(tǒng)，調節(jié)壓載水在立柱之間流動，保持平臺的直立和穩(wěn)定性，使塔柱保持直立狀態(tài)。海面浮動結構七、海上風力力發(fā)電浮式基基礎動力特性性研究7.3存在在的科學問題題7.3.1浮浮式基礎結結構載荷及載載荷傳遞方式式●結構載荷（1）重力載載荷:結構構設備自重、、甲板上浪；；（2）環(huán)境境力載荷：波波浪荷載、海海流載荷、風風載荷；（3）風機運行行荷載：葉片片水平推力、、轉矩、偏航航系統(tǒng)力；（（4）浮式基基礎運動誘導導的慣性載荷荷；（5）系系泊系統(tǒng)的恢恢復力；（6）漂流物撞撞擊、船舶碰碰撞等偶然載載荷；（7））錨固基礎與與土壤之間的的相互作用力力：滲流與沖沖刷。必須準確計算算浮式基礎載載荷的大小、、作用位置和和隨時間的變變化規(guī)律。除除了自重以外外，這些力之之間的相互影影響，大小隨隨基礎運動狀狀態(tài)、風機和和葉片轉動而而變化，這是是建立分析模模型時需要考考慮的關鍵問問題。●載荷傳遞方式式七、海上風力力發(fā)電浮式基基礎動力特性性研究載荷傳遞方式式七、海上風力力發(fā)電浮式基基礎動力特性性研究7.3.2關關鍵科學問問題●塔柱和基礎礎運動的相互互影響海上風電系統(tǒng)統(tǒng)屬于高聳結結構物，水平平載荷和垂向向載荷數(shù)量級級相當。水平平傾覆力矩作作用引起浮式式基礎大幅搖搖擺運動甚至至傾覆，同時時基礎的六個個自由度運動動又影響塔柱柱的搖擺?！駳鈩訌椥粤?水動力耦合合當風速增大時時，波流也相相應增大，來來自葉片的推推力和轉矩加加大，塔柱搖搖擺劇烈，同同時由于波高高增大，基礎礎出現(xiàn)大幅運運動，此時，，塔柱和基礎礎的相互影響響增加?！穸r水動力引引起的差頻運運動對于TLP型型浮式基礎，，由于縱蕩剛剛度小，縱蕩蕩運動頻率遠遠低于垂蕩運運動頻率。二二階差頻波浪浪力是緩慢變變化的力，可可能和浮式基基礎的水平面面內固有長周周期運動的頻頻率接近，誘誘發(fā)水平面內內的大幅共振振慢漂運動，，此外紊流風風的激振頻率率也在該頻率率范圍，加劇劇浮式基礎的的縱蕩慢漂運運動?！穸A水動力引引起的和頻運運動二階和頻波浪浪力誘發(fā)浮式式基礎的大幅幅垂向彈跳振振動（Spring或者者Ringing），浮浮式基礎的垂垂向振動屬于于高階模態(tài)振振動，縱搖和和縱蕩屬于較較低階運動模模態(tài)，因此，，垂蕩運動能能量將傳遞到到縱搖，導致致縱搖失穩(wěn)。。七、海上風力力發(fā)電浮式基基礎動力特性性研究7.4研究究內容●分析模型的建建立針對TLP型型半潛式基礎礎，考慮張力力筋腱系泊，，研究回復剛剛度、水動力力阻尼和系統(tǒng)統(tǒng)阻尼、整個個系統(tǒng)慣性矩矩陣的確定方方法，計算葉葉片和風機的的氣動彈性載載荷，考慮斯斯特克斯二階階波計算水動動力，建立整整個浮式基礎礎結構系統(tǒng)的的分析模型。?！竦皖l縱蕩運動動分析研究氣動彈性性力-水動力力耦合的非線線性方程的數(shù)數(shù)值求解方法法，考慮葉片片氣動彈性載載荷頻率、風風機載荷頻率率、二階水動動力載荷差頻頻以及浮式基基礎結構系統(tǒng)統(tǒng)固有頻率的的不同組合，，研究多種諧諧振形式包括括主共振、亞亞諧共振、超超諧共振，研研究平臺浮式式基礎的低頻頻慢漂響應及及運動失穩(wěn)條條件?！窈皖l垂蕩與縱縱搖耦合運動動分析研究二階水動動力和頻載荷荷引起的浮式式基礎的垂蕩蕩運動，分析析垂蕩能量向向縱搖（或者者縱蕩）傳遞遞的規(guī)律，綜綜合考慮垂蕩蕩對于縱搖（（或者縱蕩））影響及風載載荷聯(lián)合作用用，研究浮式式基礎的縱搖搖（或者縱蕩蕩）運動響應應和運動失穩(wěn)穩(wěn)臨界條件。。七、海上風力力發(fā)電浮式基基礎動力特性性研究●5MW風機機浮式基礎基基本參數(shù)研究究浮式基礎平臺臺的初步選定定及概念化設設計以及計算算模型的建立立，風力系統(tǒng)統(tǒng)的選擇及計計算模型的建建立。包括確確定浮式基礎礎平臺的樣式式、外表面形形狀、尺寸、、重量、重心心等參數(shù)；確確定風機的尺尺寸、重量、、重心等?！窀∈交A運動動對塔架和葉葉片的影響研研究浮式基礎的運運動對風電塔塔架的影響，，以及對風機機葉片轉動的的影響，分析