海洋工程學(xué)科前沿講座

學(xué)科前沿講座

一、海洋工程學(xué)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(yùn)藏豐富的資源，具有重要的戰(zhàn)略價(jià)值。面對(duì)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(jīng)濟(jì)和海洋產(chǎn)業(yè)作為國家發(fā)展的重要戰(zhàn)略舉措，并把21世紀(jì)稱為海洋資源開發(fā)的新世紀(jì)。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(chǎn)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(biāo)：2020年前：逐步拓展到全部領(lǐng)海和經(jīng)濟(jì)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(jīng)形成了多產(chǎn)業(yè)組成的海洋經(jīng)濟(jì)體系，海洋資源的進(jìn)一步發(fā)現(xiàn)、開發(fā)和利用，對(duì)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(xué)科的技術(shù)支撐作用：支撐海洋開發(fā)裝備的研制、開發(fā)及技術(shù)的持續(xù)進(jìn)步。裝備：深海油氣資源勘探、開發(fā)、施工、運(yùn)輸?shù)鹊暮Ｑ蠊こ檀笮脱b備、深海工程裝備、用以資源運(yùn)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(xué)科的核心任務(wù)：是針對(duì)海洋資源開發(fā)、利用、保護(hù)中的重大工程技術(shù)開展研究，解決關(guān)鍵科學(xué)問題，并從應(yīng)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(jìn)海洋工程與相關(guān)學(xué)科的發(fā)展，使海洋工程的基礎(chǔ)理論與關(guān)鍵技術(shù)在國家海洋開發(fā)的重大工程建設(shè)中發(fā)揮重要作用。海洋工程學(xué)科的戰(zhàn)略地位體現(xiàn)在三個(gè)方面：（1）支撐海洋油氣資源開發(fā)、維護(hù)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(shù)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(guān)鍵技術(shù)支持海洋工程科學(xué)研究的成果最終將通過船舶工業(yè)轉(zhuǎn)化為具體的大型裝備和生產(chǎn)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(chǎn)品之一。（3）為國防安全保障作出貢獻(xiàn)研究中的美國海軍移動(dòng)基地(VLFS)捍衛(wèi)國家主權(quán)尊嚴(yán)、海洋權(quán)益和資源、維護(hù)領(lǐng)土完整。1）南海石油被盜采2）海上運(yùn)輸通道：馬六甲海峽3）南海海洋權(quán)益受到侵犯和挑戰(zhàn)4）祖國尚未統(tǒng)一“奧德賽”號(hào)發(fā)射平臺(tái)，由鉆井平臺(tái)改裝的發(fā)射場，航行速度22公里/小時(shí)?！皧W德賽”的頂部甲板長131米,寬67米,排水量3萬噸;進(jìn)入發(fā)射位置后,浮筒中灌入大量海水,排水量也會(huì)達(dá)到4.6萬噸,可以確保發(fā)射時(shí)的穩(wěn)定性。二、海洋工程的前沿技術(shù)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(shí)際提出了一系列的重大科學(xué)技術(shù)問題：（1）海洋資源開發(fā)裝備●新概念海洋工程結(jié)構(gòu)物研究開發(fā)技術(shù)

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

波浪發(fā)電裝置五萬噸級(jí)渤海友誼號(hào)FPSO二、海洋工程的前沿技術(shù)問題●深海平臺(tái)關(guān)鍵技術(shù)新概念深海平臺(tái)、半潛式平臺(tái)、立柱式平臺(tái)（SPAR）、張力腿平臺(tái)（TLP）、深海平臺(tái)定位系統(tǒng)和立管系統(tǒng)、深海平臺(tái)海上運(yùn)輸與安裝關(guān)鍵技術(shù)。半潛式平臺(tái)張力腿平臺(tái)立柱式平臺(tái)（SPAR）二、海洋工程的前沿技術(shù)問題●

浮式生產(chǎn)儲(chǔ)卸油系統(tǒng)（FPSO）關(guān)鍵技術(shù)新型FPSO、單點(diǎn)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(guān)鍵技術(shù)?！?/p>

深海裝備的海上安裝技術(shù)海上運(yùn)輸或拖航、平臺(tái)主體安裝、平臺(tái)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(chǎn)系統(tǒng)安裝關(guān)鍵技術(shù)等。Spar濕拖運(yùn)輸TLP與FPSO聯(lián)合生產(chǎn)系統(tǒng)二、海洋工程的前沿技術(shù)問題（2）海洋管線與立管●海洋管線與立管設(shè)計(jì)技術(shù)海洋管線、立管的設(shè)計(jì)技術(shù)；海洋管線和立管在油氣生產(chǎn)輸送系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)；海洋管線和立管在鉆探系統(tǒng)中的關(guān)鍵技術(shù)等?！窈Ｑ蠊芫€與立管所受環(huán)境載荷海洋流和波浪對(duì)管線和立管的非線性載荷作用；水面結(jié)構(gòu)物與管線和立管的耦合運(yùn)動(dòng)效應(yīng)；海底環(huán)境對(duì)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?！窳⒐芟到y(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(diǎn)系泊系統(tǒng)單點(diǎn)系泊系統(tǒng)與立管布置形式的設(shè)計(jì)；單點(diǎn)系泊系統(tǒng)的動(dòng)態(tài)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定性問題；轉(zhuǎn)塔位置對(duì)單點(diǎn)系泊系統(tǒng)風(fēng)標(biāo)效應(yīng)的影響；單點(diǎn)系泊系統(tǒng)水平回復(fù)特性的研究；單點(diǎn)系泊系統(tǒng)水平運(yùn)動(dòng)慢漂阻尼的研究；●

深海多點(diǎn)系泊系統(tǒng)深海系泊系統(tǒng)阻尼、動(dòng)載荷等動(dòng)力響應(yīng)機(jī)理；深海錨泊定位與動(dòng)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(nèi)波、極大波等非線性海洋環(huán)境載荷對(duì)系泊系統(tǒng)動(dòng)力響應(yīng)特性的影響等。二、海洋工程的前沿技術(shù)問題Spreadmooring單點(diǎn)系泊深海平臺(tái)系泊二、海洋工程程的前沿技術(shù)術(shù)問題(4)水下工工程與技術(shù)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(shù)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(shù)術(shù)與方法、水水下航行和推推進(jìn)的流體體動(dòng)力分析和和優(yōu)化、潛水水器特種材料料和結(jié)構(gòu)、深深水遠(yuǎn)距離動(dòng)動(dòng)力和信息傳傳輸、深水布布放回收技術(shù)術(shù)及其關(guān)鍵過過程機(jī)理研究究、海洋環(huán)境境潛水器動(dòng)力力學(xué)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站研究深海空間間站頂層設(shè)計(jì)計(jì)與總體優(yōu)化化技術(shù)、深海?？臻g站超大大潛深結(jié)構(gòu)技技術(shù)、深海空空間站水動(dòng)力力性能優(yōu)化與與綜合預(yù)報(bào)技技術(shù)、深?？湛臻g站潛器搭搭載與收放技技術(shù)、深?？湛臻g站站載系系統(tǒng)等。三、海洋工程程學(xué)科的前沿沿學(xué)術(shù)問題1、極限海洋洋環(huán)境及其與與結(jié)構(gòu)物相互互作用研究在海洋運(yùn)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(jié)結(jié)構(gòu)物的作用用機(jī)理；（3）復(fù)雜海海洋水聲環(huán)境境效應(yīng)規(guī)律。。（1）強(qiáng)非線性水波的相互作用和干擾；（2）強(qiáng)非線性水波、風(fēng)、非均勻流與海洋工程結(jié)構(gòu)物的相互作用；（3）船舶與海洋浮體非線性響應(yīng)的機(jī)理與預(yù)報(bào)方法。

理論研究的精細(xì)化、工程實(shí)際應(yīng)用的精度要求，使非線性動(dòng)力研究一直是、未來一段時(shí)間也將是船舶與海洋工程研究者的最關(guān)心問題之一。該方面的研究主要包括：2、非線性水動(dòng)力學(xué)、結(jié)構(gòu)物非線性動(dòng)力響應(yīng)機(jī)理與數(shù)值方法研究三、海洋工程程學(xué)科的前沿沿學(xué)術(shù)問題3、基于CFD的數(shù)值模模擬理論與方方法研究計(jì)算水動(dòng)力學(xué)學(xué)已成為開展展船舶與海洋洋工程結(jié)構(gòu)物物水動(dòng)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(jié)構(gòu)物相相互作用問題題的數(shù)值模擬擬；（2）深海水水動(dòng)力學(xué)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(shí)驗(yàn)室研究究；（4）全尺度度船舶與海洋洋結(jié)構(gòu)物復(fù)雜雜流動(dòng)問題的的大規(guī)模并行行數(shù)值計(jì)算仿仿真。4、海洋結(jié)構(gòu)構(gòu)物強(qiáng)度與可可靠性研究（1）船舶與與海洋結(jié)構(gòu)物物極限承載能能力；（2）海洋結(jié)結(jié)構(gòu)物全壽命命周期分析設(shè)設(shè)計(jì)方法；（3）新型復(fù)復(fù)合材料結(jié)構(gòu)構(gòu)強(qiáng)度與設(shè)計(jì)計(jì)；（4）基于可可靠性和風(fēng)險(xiǎn)險(xiǎn)評(píng)估技術(shù)的的結(jié)構(gòu)分析方方法.四、海洋工程程領(lǐng)域的前沿沿研究方向4.1船舶舶與海洋工程程水動(dòng)學(xué)領(lǐng)域域船舶與海洋工工程水動(dòng)力學(xué)學(xué)是研究海洋洋平臺(tái)（航行行體/結(jié)構(gòu)物物）在復(fù)雜海海洋環(huán)境條件件下的流動(dòng)現(xiàn)現(xiàn)象、預(yù)報(bào)和和控制海洋平平臺(tái)的非線性性／動(dòng)態(tài)載荷荷與響應(yīng)的基基礎(chǔ)性研究科科學(xué)，是流體體動(dòng)力學(xué)的重重要分支領(lǐng)域域。4.1.1非非線性水動(dòng)力力學(xué)1）強(qiáng)非線性性水波、風(fēng)、、非均勻流與與海洋工程結(jié)結(jié)構(gòu)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(yīng)應(yīng)的機(jī)理與預(yù)預(yù)報(bào)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(yùn)運(yùn)動(dòng)的時(shí)域分分析、極限運(yùn)運(yùn)動(dòng)與傾覆分分析、液艙晃晃蕩與船舶運(yùn)運(yùn)動(dòng)非線性耦耦合分析、超超大型FPSO淺水效應(yīng)應(yīng)以及多浮體體水動(dòng)力性能能研究等。4）船舶局部部強(qiáng)非線性流流動(dòng)和響應(yīng)預(yù)預(yù)報(bào)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(tái)波浪浪爬升等。5）船舶與海海洋浮體非線線性響應(yīng)試驗(yàn)驗(yàn)技術(shù)的研究究，包括非線線性海洋環(huán)境境的模擬技術(shù)術(shù)，船舶與海海洋浮體整體體與局部非線線性響應(yīng)的測測試技術(shù)等。。四、海洋工程程領(lǐng)域的前沿沿研究方向4.1.2計(jì)計(jì)算水動(dòng)力學(xué)學(xué)（CFD））1）波-流-結(jié)構(gòu)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(tái)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(jī)場場，儲(chǔ)油罐)的波流場數(shù)數(shù)值模擬和水水動(dòng)力特性的的計(jì)算。2）深海水動(dòng)動(dòng)力學(xué)問題的的數(shù)值模擬，，包括分層流流和內(nèi)波，復(fù)復(fù)雜潛流，深深海管線內(nèi)流流和外流耦合合，立管多模模態(tài)渦激振動(dòng)動(dòng)，海洋結(jié)構(gòu)構(gòu)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(dòng)力力性能計(jì)算。。3）船舶與海海洋工程數(shù)值值水池仿真實(shí)實(shí)驗(yàn)室研究，，包括數(shù)值造造波，數(shù)值造造流，船舶和和海洋結(jié)構(gòu)物物在復(fù)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(dòng)態(tài)演演示方法和技技術(shù)。4）全尺度船船舶與海洋結(jié)結(jié)構(gòu)物復(fù)雜流流動(dòng)問題的大大規(guī)模并行數(shù)數(shù)值計(jì)算仿真真，主要是針針對(duì)實(shí)船、船船-槳-附體體、超大型海海上浮體和平平臺(tái)的流場數(shù)數(shù)值模擬和水水動(dòng)力性能預(yù)預(yù)報(bào)。5）船舶與海海洋結(jié)構(gòu)物優(yōu)優(yōu)異水動(dòng)力性性能的數(shù)值技技術(shù)開發(fā)研究究，即通過數(shù)數(shù)值模擬實(shí)行行船舶減阻，，船型優(yōu)化，，新船型開發(fā)發(fā)，海洋平臺(tái)臺(tái)優(yōu)化設(shè)計(jì)，，新概念船舶舶和海洋結(jié)構(gòu)構(gòu)物開發(fā)的方方法和技術(shù)。。6）船舶與海海洋工程水動(dòng)動(dòng)力學(xué)問題數(shù)數(shù)值計(jì)算的非非確定性分析析，包括對(duì)數(shù)數(shù)學(xué)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(lǐng)領(lǐng)域的的前沿沿研究究方向向4.1.3海洋洋工程程結(jié)構(gòu)構(gòu)物水水動(dòng)力力性能能●深海平平臺(tái)水水動(dòng)力力性能能研究半半潛式式平臺(tái)臺(tái)水動(dòng)動(dòng)力性性能；；立柱柱式平平臺(tái)（（SPAR）水水動(dòng)力力性能能；張張力腿腿平臺(tái)臺(tái)（TLP）水水動(dòng)力力性能能；新新概念念深海海平臺(tái)臺(tái)水動(dòng)動(dòng)力性性能；；深海海平臺(tái)臺(tái)與定定位系系統(tǒng)的的耦合合水動(dòng)動(dòng)力分分析；；深海海平臺(tái)臺(tái)海上上運(yùn)輸輸與安安裝過過程水水動(dòng)力力分析析；深深海平平臺(tái)極極限環(huán)環(huán)境載載荷、、低頻頻響應(yīng)應(yīng)、高高頻振振動(dòng)、、波浪浪爬升升與砰砰擊、、渦激激運(yùn)動(dòng)動(dòng)及控控制等等特殊殊水動(dòng)動(dòng)力性性能；；內(nèi)波波與深深海平平臺(tái)系系統(tǒng)的的水動(dòng)動(dòng)力作作用等等。●浮式生生產(chǎn)儲(chǔ)儲(chǔ)卸油油系統(tǒng)統(tǒng)（FPSO））水動(dòng)動(dòng)力性性能研究FPSO與與單點(diǎn)點(diǎn)系泊泊系統(tǒng)統(tǒng)的耦耦合水水動(dòng)力力分析析；FPSO甲甲板上上浪與與砰擊擊等特特殊水水動(dòng)力力性能能；淺淺水FPSO系系統(tǒng)水水動(dòng)力力性能能；單單點(diǎn)系系泊FPSO水水平面面運(yùn)動(dòng)動(dòng)與穩(wěn)穩(wěn)定性性分析析等。?！裆钏：Ｑ蠊すこ趟畡?dòng)力力模型型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)方法法研究特特殊海海洋動(dòng)動(dòng)力環(huán)環(huán)境模模擬方方法；；深海海平臺(tái)臺(tái)混合合模型型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)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(shí)實(shí)驗(yàn)方方法；；動(dòng)力力定位位系統(tǒng)統(tǒng)模型型實(shí)驗(yàn)驗(yàn)方法法；海海洋工工程結(jié)結(jié)構(gòu)物物水動(dòng)動(dòng)力性性能的的海上上實(shí)測測技術(shù)術(shù)；深海海平臺(tái)臺(tái)極限限環(huán)境境載荷荷、低低頻響響應(yīng)、、高頻頻振動(dòng)動(dòng)與砰砰擊、、渦激激運(yùn)動(dòng)動(dòng)及控控制等等特殊殊水動(dòng)動(dòng)力性性能；；內(nèi)波波與深深海平平臺(tái)系系統(tǒng)的的水動(dòng)動(dòng)力作作用等等。四、海海洋工工程領(lǐng)領(lǐng)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(jié)結(jié)構(gòu)物物的動(dòng)動(dòng)力響響應(yīng)研研究研究單單體浮浮式結(jié)結(jié)構(gòu)物物水彈彈性響響應(yīng)的的時(shí)域域分析析理論論；碰碰擊作作用下下的彈彈性浮浮式結(jié)結(jié)構(gòu)物物水彈彈性響響應(yīng)分分析技技術(shù)；；甲板板上浪浪作用用下的的彈性性浮式式結(jié)構(gòu)構(gòu)物水水彈性性響應(yīng)應(yīng)分析析技術(shù)術(shù)；考考慮二二階波波浪力力作用用下的的彈性性浮式式結(jié)構(gòu)構(gòu)物水水彈性性響應(yīng)應(yīng)分析析技術(shù)術(shù)等。。●多體彈彈性浮浮式結(jié)結(jié)構(gòu)物物的動(dòng)動(dòng)力響響應(yīng)研研究研究多多體浮浮式結(jié)結(jié)構(gòu)物物水彈彈性響響應(yīng)的的頻域域分析析理論論研究究；多多體浮浮式結(jié)結(jié)構(gòu)物物水彈彈性響響應(yīng)的的時(shí)域域分析析理論論研究究；考考慮波波浪二二階力力貢獻(xiàn)獻(xiàn)的多多體浮浮式結(jié)結(jié)構(gòu)物物水彈彈性響響應(yīng)分分析技技術(shù)。?！窕贑FD和結(jié)結(jié)構(gòu)動(dòng)動(dòng)力學(xué)學(xué)的海海洋結(jié)結(jié)構(gòu)物物水彈彈性響響應(yīng)分分析理理論研研究4.1.5實(shí)驗(yàn)水動(dòng)力學(xué)●復(fù)雜、災(zāi)害性深海環(huán)境模擬理論與方法研究內(nèi)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(nèi)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(fēng)場模擬理論與方法。四、海海洋工工程領(lǐng)領(lǐng)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(yàn)驗(yàn)理論論與技技術(shù)研究船船舶與與海洋洋工程程模型型試驗(yàn)驗(yàn)尺度度效應(yīng)應(yīng)與相相似律律；深深海平平臺(tái)、、深水水系泊泊系統(tǒng)統(tǒng)、立立管系系統(tǒng)的的水深深截?cái)鄶嗄M擬理論論與技技術(shù)；；平臺(tái)臺(tái)渦激激運(yùn)動(dòng)動(dòng)及深深海柔柔性構(gòu)構(gòu)件渦渦激振振動(dòng)實(shí)實(shí)驗(yàn)技技術(shù)；；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(xué)模模型試試驗(yàn)技技術(shù)；；水下下運(yùn)載載器操操縱與與控制制模型型試驗(yàn)驗(yàn)技術(shù)術(shù)；深深海立立管結(jié)結(jié)構(gòu)疲疲勞試試驗(yàn)技技術(shù)等等?！翊笮秃：Ｉ涎b裝備現(xiàn)現(xiàn)場測測試研究海海上風(fēng)風(fēng)、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(yùn)動(dòng)動(dòng)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(yùn)動(dòng)動(dòng)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(dòng)同同步采采集、、傳輸輸與處處理；；現(xiàn)場場監(jiān)測測及遠(yuǎn)遠(yuǎn)距離離遙控控監(jiān)測測系統(tǒng)統(tǒng)等。。4.2海海洋結(jié)結(jié)構(gòu)物物強(qiáng)度度與可可靠性性4.2.1海海洋結(jié)結(jié)構(gòu)物物整體體與極極限強(qiáng)強(qiáng)度局局部強(qiáng)強(qiáng)度●船舶與與海洋洋結(jié)構(gòu)構(gòu)物總總強(qiáng)度度分析析方法法研究全結(jié)結(jié)構(gòu)有限限元分析析模型的的建立以以及簡化化力學(xué)分分析模型型的建立立；海洋洋工程結(jié)結(jié)構(gòu)在爆爆炸載荷荷下的安安全性評(píng)評(píng)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(jié)構(gòu)構(gòu)總強(qiáng)度度安全性性評(píng)估技技術(shù)；基基于總強(qiáng)強(qiáng)度和局局部強(qiáng)度度協(xié)調(diào)一一致的結(jié)結(jié)構(gòu)優(yōu)化化設(shè)計(jì)技技術(shù)等。。四、海洋洋工程領(lǐng)領(lǐng)域的前前沿研究究方向●船舶與海海洋結(jié)構(gòu)構(gòu)物極限限承載能能力研究究研究結(jié)構(gòu)構(gòu)極限狀狀態(tài)下逐逐步倒塌塌的非線線性仿真真技術(shù)；；結(jié)構(gòu)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(yīng)應(yīng)力對(duì)極極限強(qiáng)度度影響；；制造加加工變形形的隨機(jī)機(jī)特性對(duì)對(duì)極限強(qiáng)強(qiáng)度的影影響；腐腐蝕對(duì)極極限強(qiáng)度度的影響響；含裂裂紋結(jié)構(gòu)構(gòu)的極限限強(qiáng)度分分析；局局部損傷傷結(jié)構(gòu)（（比如凹凹陷）對(duì)對(duì)極限強(qiáng)強(qiáng)度影響響的分析析技術(shù)。?！窈Ｑ蠼Y(jié)構(gòu)構(gòu)物局部部強(qiáng)度的的應(yīng)力分分析設(shè)計(jì)計(jì)方法研研究研究海洋洋結(jié)構(gòu)物物局部應(yīng)應(yīng)力三維維有限元元分析標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化；；海洋結(jié)結(jié)構(gòu)物的的局部強(qiáng)強(qiáng)度應(yīng)力力分類設(shè)設(shè)計(jì)理論論；海洋洋結(jié)構(gòu)物物在極端端環(huán)境條條件下局局部強(qiáng)度度控制準(zhǔn)準(zhǔn)則等。。4.2.2海海洋結(jié)構(gòu)構(gòu)物局部部強(qiáng)度與與疲勞壽壽命●海洋結(jié)構(gòu)構(gòu)物疲勞勞分析研究高強(qiáng)強(qiáng)度鋼等等海洋工工程結(jié)構(gòu)構(gòu)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(jī)載載荷作用用下的疲疲勞裂紋紋擴(kuò)展壽壽命預(yù)報(bào)報(bào)方法；；隨機(jī)載載荷譜及及疲勞載載荷譜標(biāo)標(biāo)準(zhǔn)化研研究；深深海柔性性立管疲疲勞特性性的預(yù)報(bào)報(bào)與實(shí)驗(yàn)驗(yàn)研究；；纜索結(jié)結(jié)構(gòu)在復(fù)復(fù)雜海洋洋環(huán)境載載荷作用用下的疲疲勞特性性預(yù)報(bào)及及實(shí)驗(yàn)研研究等。。四、海海洋工工程領(lǐng)領(lǐng)域的的前沿沿研究究方向向●海洋結(jié)結(jié)構(gòu)物物全壽壽命周周期分分析設(shè)設(shè)計(jì)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(jié)結(jié)構(gòu)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(jié)結(jié)構(gòu)物物設(shè)計(jì)計(jì)方法法研究究等。。4.2.3海海洋結(jié)結(jié)構(gòu)物物非線線性動(dòng)動(dòng)力響響應(yīng)●海洋結(jié)結(jié)構(gòu)物物極端端響應(yīng)應(yīng)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(jié)結(jié)構(gòu)物物整體體非線線性響響應(yīng)破破壞機(jī)機(jī)理與與預(yù)報(bào)報(bào)方法法?！窈Ｑ蠼Y(jié)結(jié)構(gòu)物物耦合合動(dòng)力力響應(yīng)應(yīng)研究海海洋結(jié)結(jié)構(gòu)物物與強(qiáng)強(qiáng)非線線性波波浪相相互作作用機(jī)機(jī)理、、海洋洋結(jié)構(gòu)構(gòu)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。。●海洋結(jié)結(jié)構(gòu)物物局部部非線線性動(dòng)動(dòng)力響響應(yīng)研究海海洋結(jié)結(jié)構(gòu)物物局部部強(qiáng)非非線性性振動(dòng)動(dòng)和響響應(yīng)預(yù)預(yù)報(bào)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(jié)結(jié)構(gòu)物物非線線性屈屈曲研究超超大潛潛深結(jié)結(jié)構(gòu)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(lǐng)領(lǐng)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(fēng)風(fēng)險(xiǎn)評(píng)評(píng)估技技術(shù)的的結(jié)構(gòu)構(gòu)分析析方法法●船舶與與海洋洋結(jié)構(gòu)構(gòu)物全全壽命命周期期安全全性評(píng)評(píng)估研究船船舶與與海洋洋結(jié)構(gòu)構(gòu)物自自診斷斷與安安全性性評(píng)價(jià)價(jià)；全全生命命周期期下的的船舶舶與海海洋結(jié)結(jié)構(gòu)物物的設(shè)設(shè)計(jì)與與建造造理論論；船船舶與與海洋洋結(jié)構(gòu)構(gòu)物全全壽命命風(fēng)險(xiǎn)險(xiǎn)評(píng)估估與決決策；；海洋洋結(jié)構(gòu)構(gòu)物正正常使使用工工況條條件下下的危危險(xiǎn)區(qū)區(qū)域的的識(shí)別別；海海洋結(jié)結(jié)構(gòu)物物在極極端環(huán)環(huán)境條條件下下風(fēng)險(xiǎn)險(xiǎn)控制制技術(shù)術(shù)等。?！袷鹿蕮p損傷評(píng)評(píng)估研究碰碰撞、、觸礁礁、燃燃燒等等過程程對(duì)船船舶與與海洋洋結(jié)構(gòu)構(gòu)物的的損傷傷機(jī)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(jī)理理；水水下爆爆炸氣氣泡對(duì)對(duì)船體體結(jié)構(gòu)構(gòu)毀傷傷機(jī)理理及剩剩余生生命力力；船船舶與與海洋洋結(jié)構(gòu)構(gòu)物結(jié)結(jié)構(gòu)疲疲勞斷斷裂、、極限限強(qiáng)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(jié)結(jié)構(gòu)物物的環(huán)環(huán)境載載荷和和剩余余極限限強(qiáng)度度分析析；重重大事事故情情況下下的修修復(fù)費(fèi)費(fèi)用效效益評(píng)評(píng)估等等?！耧L(fēng)險(xiǎn)評(píng)評(píng)估的的理論論研究究研究海海洋結(jié)結(jié)構(gòu)物物重大大災(zāi)難難性事事故統(tǒng)統(tǒng)計(jì)及及發(fā)生生的概概率分分析；；海洋洋結(jié)構(gòu)構(gòu)物風(fēng)風(fēng)險(xiǎn)概概率與與損失失模型型；海海洋結(jié)結(jié)構(gòu)物物風(fēng)險(xiǎn)險(xiǎn)決策策模型型；海海洋結(jié)結(jié)構(gòu)物物工程程保險(xiǎn)險(xiǎn)精算算研究究；船船舶與與海洋洋結(jié)構(gòu)構(gòu)物災(zāi)災(zāi)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(fēng)風(fēng)險(xiǎn)的的海洋洋結(jié)構(gòu)構(gòu)物的的損傷傷檢測測、診診斷、、險(xiǎn)情情預(yù)報(bào)報(bào)、維維修和和報(bào)廢廢決策策等。。四、海海洋工工程領(lǐng)領(lǐng)域的的前沿沿研究究方向向4.2.6結(jié)結(jié)構(gòu)物物海底底基礎(chǔ)礎(chǔ)強(qiáng)度度與可可靠性性●深海結(jié)結(jié)構(gòu)物物海底底基礎(chǔ)礎(chǔ)強(qiáng)度度特性性研究深深海結(jié)結(jié)構(gòu)物物海底底基礎(chǔ)礎(chǔ)強(qiáng)度度與極極限承承載特特性；；深海海結(jié)構(gòu)構(gòu)物海海底基基礎(chǔ)與與周圍圍地層層介質(zhì)質(zhì)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(jié)結(jié)構(gòu)物物海底底基礎(chǔ)礎(chǔ)強(qiáng)度度的計(jì)計(jì)算理理論與與數(shù)值值方法法；深深海結(jié)結(jié)構(gòu)物物海底底吸力力式桶桶形基基礎(chǔ)沉沉貫過過程中中的關(guān)關(guān)鍵技技術(shù)；；深海海結(jié)構(gòu)構(gòu)物海海底基基礎(chǔ)強(qiáng)強(qiáng)度與與變形形的現(xiàn)現(xiàn)場量量測技技術(shù)等等?！駱O端災(zāi)害環(huán)環(huán)境下深海海結(jié)構(gòu)物海海底基礎(chǔ)動(dòng)動(dòng)力特性研究極端環(huán)環(huán)境荷載作作用下深海海結(jié)構(gòu)物海海底基礎(chǔ)動(dòng)動(dòng)力響應(yīng)與與安全性評(píng)評(píng)估；海洋洋結(jié)構(gòu)物海海底基礎(chǔ)與與海底沖刷刷的耦合動(dòng)動(dòng)力分析；；深海結(jié)構(gòu)構(gòu)物海底基基礎(chǔ)與周圍圍地層介質(zhì)質(zhì)相互作用用的模型試試驗(yàn)技術(shù)；；地震等極極端災(zāi)害環(huán)環(huán)境作用下下海底地基基砂土液化化及對(duì)結(jié)構(gòu)構(gòu)物基礎(chǔ)強(qiáng)強(qiáng)度的影響響?！裆詈＝Y(jié)構(gòu)物物海底基礎(chǔ)礎(chǔ)可靠性研究海底結(jié)結(jié)構(gòu)物自診診斷技術(shù)與與可靠性評(píng)評(píng)價(jià)；全生生命周期下下海洋結(jié)構(gòu)構(gòu)物海底基基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)計(jì)與建造理理論；結(jié)構(gòu)構(gòu)物海底基基礎(chǔ)全壽命命風(fēng)險(xiǎn)評(píng)估估與決策；；海洋結(jié)構(gòu)構(gòu)物海底基基礎(chǔ)與地基基在極端環(huán)環(huán)境條件下下風(fēng)險(xiǎn)控制制技術(shù)。四、海洋工工程領(lǐng)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(shè)計(jì)與總總體優(yōu)化技技術(shù)；深海?？臻g站超超大潛深結(jié)結(jié)構(gòu)技術(shù)研研究；深海?？臻g站水水動(dòng)力性能能優(yōu)化與綜綜合預(yù)報(bào)技技術(shù)；深海?？臻g站潛潛器搭載與與收放技術(shù)術(shù)；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(shù)研究潛水器器的總體設(shè)設(shè)計(jì)和集成成技術(shù)；復(fù)復(fù)雜線型水水下航行體體的水動(dòng)力力性能預(yù)報(bào)報(bào)和優(yōu)化技技術(shù)；大深深度載人潛潛水器無動(dòng)動(dòng)力下潛/上浮技術(shù)術(shù)；載人潛潛水器系統(tǒng)統(tǒng)的安全可可靠性技術(shù)術(shù)；大深度度載人鈦合合金球殼的的設(shè)計(jì)及制制造技術(shù)；；低密度耐耐高壓的浮浮力材料及及其加工技技術(shù)；高能能量密度的的深海動(dòng)力力技術(shù)；針針對(duì)作業(yè)目目標(biāo)的穩(wěn)定定懸停定位位技術(shù)；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(lǐng)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(fēng)力發(fā)發(fā)電研究新型海海上風(fēng)電機(jī)機(jī)組支撐結(jié)結(jié)構(gòu)載荷及及強(qiáng)度分析析方法；海海上風(fēng)電設(shè)設(shè)備安裝施施工技術(shù)與與裝備；海海上風(fēng)電機(jī)機(jī)組支撐結(jié)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)荷載條件件、最優(yōu)結(jié)結(jié)構(gòu)形式與與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)；海上風(fēng)風(fēng)電機(jī)組荷荷載與環(huán)境境荷載的組組合方法；；海上風(fēng)電電機(jī)組浮式式基礎(chǔ)的結(jié)結(jié)構(gòu)形式、、分析模型型及計(jì)算方方法；研究究海上風(fēng)電電機(jī)組減災(zāi)災(zāi)防災(zāi)以及及運(yùn)行安全全技術(shù)；海海上風(fēng)電機(jī)機(jī)組全壽命命安全評(píng)估估理論與方方法?！窈Ｉ巷L(fēng)力發(fā)發(fā)電研究新型海海上風(fēng)電機(jī)機(jī)組支撐結(jié)結(jié)構(gòu)載荷及及強(qiáng)度分析析方法；海海上風(fēng)電設(shè)設(shè)備安裝施施工技術(shù)與與裝備；海海上風(fēng)電機(jī)機(jī)組支撐結(jié)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)計(jì)荷載條件件、最優(yōu)結(jié)結(jié)構(gòu)形式與與設(shè)計(jì)標(biāo)準(zhǔn)準(zhǔn)；海上風(fēng)風(fēng)電機(jī)組荷荷載與環(huán)境境荷載的組組合方法；；海上風(fēng)電電機(jī)組浮式式基礎(chǔ)的結(jié)結(jié)構(gòu)形式、、分析模型型及計(jì)算方方法；研究究海上風(fēng)電電機(jī)組減災(zāi)災(zāi)防災(zāi)以及及運(yùn)行安全全技術(shù)；海海上風(fēng)電機(jī)機(jī)組全壽命命安全評(píng)估估理論與方方法。四、海洋工工程領(lǐng)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(jī)設(shè)計(jì)計(jì)理論、制制造及優(yōu)化化運(yùn)行控制制技術(shù)；潮潮流能水輪輪機(jī)支撐載載體與固定定系統(tǒng)；水水輪機(jī)流-固耦合的的動(dòng)力學(xué)分分析和性能能預(yù)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(jī)機(jī)理研究；；海洋環(huán)境境下的潮流流發(fā)電裝置置載荷計(jì)算算、動(dòng)態(tài)特特性、減災(zāi)災(zāi)防災(zāi)以及及運(yùn)行安全全技術(shù)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(shè)計(jì)及優(yōu)化化運(yùn)行技術(shù)；；離岸式波能能發(fā)電裝置的的設(shè)計(jì)；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(shè)備潮汐能發(fā)電設(shè)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(shè)備(如井井口、PLEM、總管)的導(dǎo)管，是是現(xiàn)代海洋工工程結(jié)構(gòu)系統(tǒng)統(tǒng)中的重要組組成部分之一一，同時(shí)也是是薄弱易損的的構(gòu)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(tái)臺(tái)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(shè)備備、部件、輔輔助件。●立管種類立管的形式本本質(zhì)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(jié)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(jìn)和流流出；完井；；修井。五、深海立管參激-渦激振動(dòng)及疲勞研究惰性S立管五、深海立管管參激-渦激激振動(dòng)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(dòng)及疲勞勞研究5.2TTRs立管存存在的主要科科學(xué)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(tái)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(dǎo)載荷浮體運(yùn)動(dòng)：立立管頂端浮體體運(yùn)動(dòng)載荷施施加在立管，，這為浮體運(yùn)運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)載荷荷。

●環(huán)境載荷波浪力：表面波、內(nèi)波海流力：拖曳力渦激力：當(dāng)海流流經(jīng)柱體時(shí)，在柱體的下游產(chǎn)生漩渦，漩渦周期的形成和泄放，產(chǎn)生渦激升力。五、深海立管管參激-渦激激振動(dòng)及疲勞勞研究5.2.2立立管參激振振動(dòng)●立管的參激振振動(dòng)立管的浮體（（船舶或者平平臺(tái)）升沉運(yùn)運(yùn)動(dòng)導(dǎo)致立管管上端邊界受受到激勵(lì)，由由此產(chǎn)生兩個(gè)個(gè)效應(yīng)，其一一是導(dǎo)致立管管的上端邊界界是可動(dòng)的；；其二是引起起立管軸向力力隨浮體運(yùn)動(dòng)動(dòng)而發(fā)生時(shí)變變，這兩個(gè)效效應(yīng)使得立管管水平彎曲振振動(dòng)加大，這這既是立管的的參激振動(dòng)問問題?！駞⒓ふ駝?dòng)效應(yīng)應(yīng)參激振動(dòng)可以以引起立管平平衡位置的不不穩(wěn)定性，并并出現(xiàn)參數(shù)共共振。參數(shù)共共振會(huì)導(dǎo)致立立管振動(dòng)幅值值過大，產(chǎn)生生疲勞破壞。。5.2.3立立管渦激振振動(dòng)●立管的渦激振振動(dòng)當(dāng)海流流經(jīng)柱柱體時(shí)，在柱柱體的下游產(chǎn)產(chǎn)生漩渦，漩漩渦周期的形形成和泄放，，產(chǎn)生渦激升升力，引起柱柱體發(fā)生垂直直于流向的振振動(dòng)，這便是是渦激振動(dòng)。。●立管渦激振動(dòng)動(dòng)鎖定當(dāng)旋渦本身的的泄放頻率同同立管結(jié)構(gòu)自自振頻率接近近時(shí)，發(fā)生立立管振動(dòng)“頻頻率鎖定（lock-in）”現(xiàn)象象，立管結(jié)構(gòu)構(gòu)的振動(dòng)驅(qū)使使旋渦的泄放放頻率在一個(gè)個(gè)較大的斯特特哈拉數(shù)范圍圍內(nèi)鎖定在結(jié)結(jié)構(gòu)的自振頻頻率附近，此此時(shí)渦激升力力急劇增大，，導(dǎo)致柱體發(fā)發(fā)生劇烈的振振動(dòng)。五、深海立管管參激-渦激激振動(dòng)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(dòng)動(dòng)深海立管主要要受到三種外外部激勵(lì)形式式的作用，第第一種是流向向莫里森水動(dòng)動(dòng)力，第二種種是平臺(tái)升沉沉引起的參數(shù)數(shù)振動(dòng)，第三三種是漩渦泄泄放引起的渦渦激振動(dòng)。已已有的研究工工作大都把三三種形式的激激勵(lì)分開討論論，未考慮參參數(shù)激勵(lì)的存存在對(duì)立管受受迫振動(dòng)和渦渦激振動(dòng)時(shí)的的影響，這與與實(shí)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(dòng)的疲勞浮體垂向運(yùn)動(dòng)動(dòng)作用下立管管發(fā)生參數(shù)振振動(dòng)，在海流流作用下引起起立管水平面面內(nèi)的渦激振振動(dòng)，參激振振動(dòng)與渦激振振動(dòng)之間相互互影響，相互互作用，改變變立管振動(dòng)響響應(yīng)特性和疲疲勞特性。加加速立管的疲疲勞損傷，導(dǎo)導(dǎo)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(jī)機(jī)參數(shù)激勵(lì)下下失穩(wěn)機(jī)理和和非線性隨機(jī)機(jī)動(dòng)力特性？？●考慮浮體在非非規(guī)則波上運(yùn)運(yùn)動(dòng)，隨機(jī)參參數(shù)激勵(lì)的表表達(dá)方法？●深海立管隨機(jī)機(jī)參數(shù)激勵(lì)和和渦激振動(dòng)之之間的相互作作用的描述？？●綜合考慮隨機(jī)機(jī)參數(shù)激勵(lì)和和渦激振動(dòng)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(dòng)及疲勞勞研究5.4研究究內(nèi)容●深海立管的參參激共振機(jī)理理研究分別考慮平臺(tái)臺(tái)規(guī)則運(yùn)動(dòng)和和隨機(jī)運(yùn)動(dòng)，，確定參數(shù)激激勵(lì)項(xiàng)，研究究平臺(tái)運(yùn)動(dòng)引引起的立管失失穩(wěn)機(jī)理，考考慮平臺(tái)運(yùn)動(dòng)動(dòng)的不同頻率率與立管固有有頻率比值關(guān)關(guān)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(dòng)動(dòng)能量向立管管橫向彎曲振振動(dòng)轉(zhuǎn)移的機(jī)機(jī)理，揭示立立管隨機(jī)參數(shù)數(shù)激勵(lì)動(dòng)力特特性和失穩(wěn)域域?！裆詈Ａ⒐軈?shù)數(shù)激勵(lì)-渦激激耦合振動(dòng)特特性研究考慮平臺(tái)規(guī)則則升沉和隨機(jī)機(jī)升沉運(yùn)動(dòng)，，針對(duì)簡諧參參數(shù)激勵(lì)和隨隨機(jī)參數(shù)激勵(lì)勵(lì)與渦激振動(dòng)動(dòng)耦合，分別別研究簡諧參參數(shù)激勵(lì)-渦渦激耦合動(dòng)力力特性、隨機(jī)機(jī)參數(shù)激勵(lì)-渦激耦合動(dòng)動(dòng)力特性。研研究立管參數(shù)數(shù)激勵(lì)對(duì)渦激激橫向振動(dòng)的的影響，研究究渦激振動(dòng)幅幅值和頻率特特性的改變，，針對(duì)平臺(tái)運(yùn)運(yùn)動(dòng)的頻率、、立管固有頻頻率、渦激頻頻率之間的不不同比值關(guān)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(dòng)能量量向渦激振動(dòng)動(dòng)轉(zhuǎn)移的機(jī)理理，確定參數(shù)數(shù)激勵(lì)和渦激激耦合振動(dòng)的的失穩(wěn)域。五、深海立管管參激-渦激激振動(dòng)及疲勞勞研究●深海立管參激激振動(dòng)和渦激激耦合振動(dòng)立立管疲勞累積積損傷研究考慮平臺(tái)規(guī)則則升沉和隨機(jī)機(jī)升沉運(yùn)動(dòng)，，分別研究簡簡諧參數(shù)激勵(lì)勵(lì)-渦激振動(dòng)動(dòng)疲勞以及隨隨機(jī)參數(shù)激勵(lì)勵(lì)-渦激振動(dòng)動(dòng)疲勞特性。。針對(duì)隨機(jī)參參數(shù)激勵(lì)-渦渦激振動(dòng)疲勞勞，考慮非線線性振動(dòng)響應(yīng)應(yīng)的亞諧和超超諧振動(dòng)響應(yīng)應(yīng)分量，研究究立管振動(dòng)響響應(yīng)的極值分分布，隨機(jī)參參數(shù)激勵(lì)振動(dòng)動(dòng)對(duì)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(biāo)●揭示立管隨機(jī)機(jī)振動(dòng)失穩(wěn)機(jī)機(jī)理給出海洋立管管隨機(jī)參數(shù)激激勵(lì)振動(dòng)的動(dòng)動(dòng)力學(xué)特性，，揭示立管隨隨機(jī)參數(shù)激勵(lì)勵(lì)振動(dòng)失穩(wěn)的的機(jī)理，提出出深海立管振振動(dòng)失穩(wěn)的判判別條件?！窠沂玖⒐軈?shù)數(shù)激勵(lì)和渦激激振動(dòng)的失穩(wěn)穩(wěn)機(jī)理給出參數(shù)激勵(lì)勵(lì)振動(dòng)和渦激激振動(dòng)相互作作用的動(dòng)力學(xué)學(xué)特性，提出出參數(shù)激勵(lì)對(duì)對(duì)于渦激振動(dòng)動(dòng)的影響規(guī)律律，揭示參數(shù)數(shù)激勵(lì)和渦激激振動(dòng)的失穩(wěn)穩(wěn)機(jī)理，給出出立管振動(dòng)失失穩(wěn)的判別方方法。五、深海立管管參激-渦激激振動(dòng)及疲勞勞研究●參數(shù)激勵(lì)和渦渦激振動(dòng)疲勞勞壽命評(píng)估方方法綜合考慮隨機(jī)機(jī)參數(shù)激勵(lì)和和渦激振動(dòng)，，揭示立管疲疲勞累積損傷傷機(jī)理，提出出立管疲勞累累積損傷計(jì)算算和立管疲勞勞壽命的預(yù)報(bào)報(bào)方法。●提出減小有有害振動(dòng)措施施綜合考慮參激激振動(dòng)和渦激激振動(dòng)特性，，針對(duì)TTRs立管，提提出減小立管管有害振動(dòng)的的方法，延長長立管的有效效服務(wù)期限。。5.5關(guān)鍵鍵問題●建立參激運(yùn)運(yùn)動(dòng)表達(dá)式的的由于立管上端端與平臺(tái)通過過張緊器連接接，如何把平平臺(tái)運(yùn)動(dòng)轉(zhuǎn)化化為立管上端端的準(zhǔn)確邊界界運(yùn)動(dòng)條件和和立管隨機(jī)參參數(shù)激勵(lì)的表表達(dá)式。●建立平臺(tái)升沉沉運(yùn)動(dòng)的長期期概率分布為了在渦激振振動(dòng)疲勞分析析中考慮隨機(jī)機(jī)參數(shù)激勵(lì)振振動(dòng)影響，建建立平臺(tái)升沉沉運(yùn)動(dòng)的長期期概率分布。。五、深海立管管參激-渦激激振動(dòng)及疲勞勞研究5.6理論論研究技術(shù)路路線及主要方方法5.6.1技技術(shù)路線5.6.2采用的理論與與方法立管參數(shù)激勵(lì)振動(dòng)研究參數(shù)激勵(lì)與渦激聯(lián)合振動(dòng)研究立管損傷與疲勞分析方法研究立管參激振動(dòng)模型試驗(yàn)（1）總的理理論與方法理論分析+編編程數(shù)值計(jì)算算+商業(yè)軟件件計(jì)算+模型型實(shí)驗(yàn)。五、深海立管管參激-渦激激振動(dòng)及疲勞勞研究（2）基本理論理論分析方法法：●非線性動(dòng)力學(xué)學(xué)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(dòng)力學(xué)學(xué)方程，伽遼遼金解法?！耠S機(jī)振動(dòng)理論論：隨機(jī)微分分方程的求解解，計(jì)算均方方根位移響應(yīng)應(yīng)，模態(tài)位移移的概率密度度函數(shù)?！窠Y(jié)構(gòu)損傷與疲疲勞理論：確定應(yīng)力分布布模型及疲勞勞載荷譜，短短期響應(yīng)預(yù)報(bào)報(bào)，疲勞壽命命分析。六、SPAR平臺(tái)參激運(yùn)運(yùn)動(dòng)特性及穩(wěn)穩(wěn)定性研究6.1深水水Spar平平臺(tái)的發(fā)展第一代：經(jīng)典典（CLASSIC）SPAR平臺(tái)臺(tái)；第二代：桁架架式(TRUSS)SPAR平臺(tái)臺(tái)第三代：多柱柱式（CELL）SPAR平臺(tái)六、SPAR平臺(tái)參激運(yùn)運(yùn)動(dòng)特性及穩(wěn)穩(wěn)定性研究6.2深深水SPAR平平臺(tái)的的結(jié)構(gòu)構(gòu)形式式主要要性能能6.2.1經(jīng)典典SPAR主要運(yùn)運(yùn)動(dòng)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(yùn)動(dòng)動(dòng)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(huì)發(fā)發(fā)生縱縱蕩共共振，，但是是對(duì)于于低頻頻波浪浪（長長峰波波）敏敏感，，低頻頻波浪浪會(huì)引引起大大幅運(yùn)運(yùn)動(dòng)。。此外外，垂垂蕩和和縱搖搖耦合合運(yùn)動(dòng)動(dòng)，發(fā)發(fā)生Mathieu失穩(wěn)穩(wěn)。特特點(diǎn)是是對(duì)于于水深深不敏敏感，，此外外主體體發(fā)生生渦激激振動(dòng)動(dòng)也是是要關(guān)關(guān)注的的問題題，主主體螺螺旋側(cè)側(cè)板可可以抑抑制渦渦激振振動(dòng)發(fā)發(fā)生，，但是是螺旋旋側(cè)板板的設(shè)設(shè)計(jì)是是需要要探討討的問問題。。六、SPAR平平臺(tái)參參激運(yùn)運(yùn)動(dòng)特特性及及穩(wěn)定定性研研究6.2.2TrussSPAR（桁桁架式式）平平臺(tái)該類型型平臺(tái)臺(tái)主體體尺度度為經(jīng)經(jīng)典平平臺(tái)0.5-0.35倍倍，增增加了了立柱柱和垂垂蕩板板。與與經(jīng)典典平臺(tái)臺(tái)水動(dòng)動(dòng)力和和運(yùn)動(dòng)動(dòng)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(yùn)動(dòng)動(dòng)減小小顯著著，平平臺(tái)運(yùn)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)穩(wěn)定性性提高高?！裼捎谒陆Y(jié)結(jié)構(gòu)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(yùn)動(dòng)動(dòng)可以以減小小?！翊故幇灏宀糠址诛@著著增大大了附附連水水質(zhì)量量，拉拉長垂垂蕩運(yùn)運(yùn)動(dòng)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(dòng)動(dòng)響應(yīng)應(yīng)減小小。●對(duì)低頻頻波浪浪響應(yīng)應(yīng)不象象經(jīng)典典平臺(tái)臺(tái)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(tái)參參激運(yùn)運(yùn)動(dòng)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(tái)●主體上上部由由6個(gè)個(gè)圓柱柱圍繞繞一個(gè)個(gè)中心心圓柱柱組成成，主主體下下部為為桁架架式結(jié)結(jié)構(gòu)。?！裆喜扛鞲鱾€(gè)單單柱可可以單單獨(dú)加加工、、運(yùn)輸輸和安安裝，，制造造、運(yùn)運(yùn)輸和和安裝裝難度度小、、方便便?！裆喜慷喽嘀坎糠纸Y(jié)結(jié)構(gòu)安安裝螺螺旋側(cè)側(cè)板，，可以以減小小渦激激振動(dòng)動(dòng)響應(yīng)應(yīng)?！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(zhì)量量和阻阻尼，，低頻頻運(yùn)動(dòng)動(dòng)小。?！裰髦黧w體上部部多柱柱結(jié)構(gòu)構(gòu)安裝裝側(cè)板板可以以有效效降低低渦激激振動(dòng)動(dòng)，但但是側(cè)側(cè)板的的形式式和安安裝方方法需需要進(jìn)進(jìn)一步步研究究?！袷┕ぐ舶惭b過過程運(yùn)運(yùn)輸方方便，，可以以單柱柱運(yùn)輸輸和安安裝。。六、SPAR平平臺(tái)參參激運(yùn)運(yùn)動(dòng)特特性及及穩(wěn)定定性研研究6.3深深海SPAR平平臺(tái)的的參激激運(yùn)動(dòng)動(dòng)6.3.1平平臺(tái)自自身的的運(yùn)動(dòng)動(dòng)特性性●縱蕩運(yùn)運(yùn)動(dòng)、、垂蕩蕩運(yùn)動(dòng)動(dòng)、縱縱搖Spar平平臺(tái)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(fēng)風(fēng)、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(gè)自自由度度的剛剛體運(yùn)運(yùn)動(dòng)。。由于于系泊泊索相相對(duì)于于圓柱柱體而而言，，其布布置是是對(duì)稱稱的，，研究究表明明，Spar平平臺(tái)的的總體體運(yùn)動(dòng)動(dòng)包括括縱蕩蕩運(yùn)動(dòng)動(dòng)、垂垂蕩運(yùn)運(yùn)動(dòng)、、縱搖搖和橫橫搖運(yùn)運(yùn)動(dòng)，，都發(fā)發(fā)生在在系泊泊系統(tǒng)統(tǒng)的對(duì)對(duì)稱平平面內(nèi)內(nèi)，因因此平平臺(tái)的的總體體運(yùn)動(dòng)動(dòng)響應(yīng)應(yīng)主要要研究究縱蕩蕩運(yùn)動(dòng)動(dòng)、垂垂蕩運(yùn)運(yùn)動(dòng)、、縱搖搖?！褡杂啥榷戎g間的耦耦合關(guān)關(guān)系Spar平平臺(tái)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(tái)三三種最最重要要的運(yùn)運(yùn)動(dòng)形形式，，縱蕩蕩與縱縱搖和和垂蕩蕩兩個(gè)個(gè)運(yùn)動(dòng)動(dòng)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(gè)運(yùn)運(yùn)動(dòng)模模態(tài)耦耦合較較強(qiáng)。。六、SPAR平平臺(tái)參參激運(yùn)運(yùn)動(dòng)特特性及及穩(wěn)定定性研研究6.3.2威威脅平平臺(tái)安安全的的共振振形式式●平臺(tái)的的低頻頻慢漂漂共振振Spar平平臺(tái)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(tái)大大幅低低頻慢慢漂共共振響響應(yīng)。。●和頻垂垂蕩共共振Spar平平臺(tái)垂垂蕩運(yùn)運(yùn)動(dòng)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(tái)垂垂向振振動(dòng)頻頻率，，導(dǎo)致致平臺(tái)臺(tái)垂向向發(fā)生生高頻頻彈跳跳（Springing）運(yùn)運(yùn)動(dòng)。。●涌浪引引起的的平臺(tái)臺(tái)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(tái)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(tái)臺(tái)垂蕩蕩共振振運(yùn)動(dòng)動(dòng)。六、SPAR平平臺(tái)參參激運(yùn)運(yùn)動(dòng)特特性及及穩(wěn)定定性研研究6.3.3SPAR平平臺(tái)內(nèi)內(nèi)共振振及參參數(shù)激激勵(lì)●平臺(tái)運(yùn)動(dòng)的內(nèi)共振-模態(tài)之間的能量傳遞對(duì)一般Spar平臺(tái)，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(nèi)共振關(guān)系，垂蕩頻率接近縱搖頻率的2倍，。當(dāng)波高大于臨界值時(shí)，垂蕩能量向縱搖傳遞，引起平臺(tái)縱搖大幅增加?！衿脚_(tái)參數(shù)激勵(lì)運(yùn)動(dòng)SPAR平臺(tái)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(shí)，平臺(tái)兩個(gè)模態(tài)之間具有強(qiáng)烈的相互作用，Spar平臺(tái)垂蕩和縱搖運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)運(yùn)動(dòng)周期和幅值調(diào)整，運(yùn)動(dòng)出現(xiàn)Mathieu失穩(wěn)，平臺(tái)發(fā)生參數(shù)激勵(lì)運(yùn)動(dòng)。

●涌浪引起的平臺(tái)垂蕩共振涌浪周期峰值在25~30秒范圍，接近Spar平臺(tái)的垂蕩固有周期，這屬于長周期涌浪引起的平臺(tái)垂蕩共振運(yùn)動(dòng)。6.4存存在的的問題題六、SPAR平平臺(tái)參參激運(yùn)運(yùn)動(dòng)特特性及及穩(wěn)定定性研研究●全張緊緊系泊泊技術(shù)術(shù)Mathieu失失穩(wěn)問問題對(duì)于平平臺(tái)運(yùn)運(yùn)動(dòng)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(duì)對(duì)于全全張緊緊系泊泊系統(tǒng)統(tǒng)的失失穩(wěn)機(jī)機(jī)理缺缺乏研研究，，尤其其對(duì)于于桁架架式SPAR平平臺(tái)，，采用用全張張緊系系泊技技術(shù)，，這方方面缺缺乏研研究。?！耔旒芗苁絊PAR平平臺(tái)的的阻尼尼特性性Spar平平臺(tái)阻阻尼包包括了了主體體水動(dòng)動(dòng)力阻阻尼、、垂蕩蕩板阻阻尼、、螺旋旋側(cè)板板阻尼尼以及及系索索阻尼尼，這這些阻阻尼計(jì)計(jì)算方方法和和對(duì)耦耦合運(yùn)運(yùn)動(dòng)失失穩(wěn)的的影響響還缺缺乏研研究。。●桁架式式SPAR平臺(tái)臺(tái)的參參數(shù)激激勵(lì)項(xiàng)項(xiàng)的確確定平臺(tái)耦耦合運(yùn)運(yùn)動(dòng)過過程存存在參參數(shù)激激勵(lì)，，如何何確定定桁架架式SPAR平平臺(tái)的的參數(shù)數(shù)激勵(lì)勵(lì)項(xiàng)缺缺乏有有效方方法。?！耔旒苁絊PAR平臺(tái)的的參數(shù)運(yùn)運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)穩(wěn)的判別別方法Spar平臺(tái)耦耦合運(yùn)動(dòng)動(dòng)滿足內(nèi)內(nèi)共振關(guān)關(guān)系時(shí)，，參數(shù)激激勵(lì)臨界界值的確確定，運(yùn)運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)穩(wěn)的判別別方法以以及失穩(wěn)穩(wěn)后平臺(tái)臺(tái)的動(dòng)力力特性。。●系泊線對(duì)對(duì)于平臺(tái)臺(tái)運(yùn)動(dòng)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(yùn)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)應(yīng)計(jì)算分分析，給給出系泊泊線的影影響。六、SPAR平平臺(tái)參激激運(yùn)動(dòng)特特性及穩(wěn)穩(wěn)定性研研究6.5研研究內(nèi)內(nèi)容●TrussSpar平臺(tái)水水動(dòng)力特特性研究究考慮全張張緊系泊泊方式，，計(jì)算非非線性系系泊剛度度，計(jì)算算平臺(tái)縱縱搖恢復(fù)復(fù)力矩中中的參數(shù)數(shù)激勵(lì)項(xiàng)項(xiàng)，計(jì)算算Spar平臺(tái)臺(tái)主體水水動(dòng)力阻阻尼、阻阻尼板以以及系索索阻尼等等水動(dòng)力力系數(shù)，，以及其其他動(dòng)力力學(xué)參數(shù)數(shù)?！窨v搖運(yùn)運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)穩(wěn)的判別別條件研研究研究平臺(tái)臺(tái)非線性性耦合運(yùn)運(yùn)動(dòng)的動(dòng)動(dòng)力特性性?？紤]慮長周期期涌浪，，研究平平臺(tái)垂蕩蕩運(yùn)動(dòng)諧諧振時(shí)，，不同運(yùn)運(yùn)動(dòng)模態(tài)態(tài)之間的的能量傳傳遞關(guān)系系，縱搖搖運(yùn)動(dòng)失失穩(wěn)的臨臨界動(dòng)力力學(xué)條件件，確定定運(yùn)動(dòng)失失穩(wěn)的參參數(shù)范圍圍?！駜?nèi)共振情情況平臺(tái)臺(tái)運(yùn)動(dòng)的的動(dòng)力特特性研究究考慮平臺(tái)臺(tái)運(yùn)動(dòng)模模態(tài)之間間的內(nèi)共共振，研研究長周周期涌浪浪作用下下，平臺(tái)臺(tái)參激運(yùn)運(yùn)動(dòng)的多多種共振振形式包包括主共共振、亞亞諧共振振、運(yùn)動(dòng)動(dòng)跳躍，，研究平平臺(tái)不同同運(yùn)動(dòng)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(tái)縱縱搖失穩(wěn)穩(wěn)的方法法研究研究水動(dòng)動(dòng)力阻尼尼、系泊泊索阻尼尼對(duì)平臺(tái)臺(tái)耦合運(yùn)運(yùn)動(dòng)穩(wěn)定定性的影影響。研研究控制制平臺(tái)運(yùn)運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)穩(wěn)的機(jī)理理和方法法，比如如調(diào)整平平臺(tái)主體體的結(jié)構(gòu)構(gòu)形式，，改變阻阻尼結(jié)構(gòu)構(gòu)形式等等。六、SPAR平平臺(tái)參激激運(yùn)動(dòng)特特性及穩(wěn)穩(wěn)定性研研究6.6研研究目目標(biāo)●得到TrussSpar平平臺(tái)水動(dòng)動(dòng)力特性性參數(shù)提出平臺(tái)臺(tái)水動(dòng)力力阻尼包包括主體體阻尼、、系泊阻阻尼及螺螺旋側(cè)板板阻尼的的計(jì)算方方法，以以及提出出考慮瞬瞬時(shí)濕表表面積參參數(shù)激勵(lì)勵(lì)項(xiàng)的計(jì)計(jì)算方法法?！窠沂酒脚_(tái)臺(tái)運(yùn)動(dòng)失失穩(wěn)后的的動(dòng)力特特性揭示平臺(tái)臺(tái)運(yùn)動(dòng)失失穩(wěn)狀態(tài)態(tài)，平臺(tái)臺(tái)非線性性運(yùn)動(dòng)的的動(dòng)力學(xué)學(xué)特征，，包括主主共振、、亞諧共共振、運(yùn)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)應(yīng)跳躍，，對(duì)平臺(tái)臺(tái)失效損損壞過程程進(jìn)行計(jì)計(jì)算機(jī)仿仿真。提提出平臺(tái)臺(tái)運(yùn)動(dòng)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(duì)對(duì)TrussSpar平臺(tái)臺(tái)提出控控制運(yùn)動(dòng)動(dòng)失穩(wěn)的的方法，，對(duì)垂蕩蕩板結(jié)構(gòu)構(gòu)和性能能進(jìn)行優(yōu)優(yōu)化。●編制參激激運(yùn)動(dòng)分分析程序序編制桁架架式SPAR平平臺(tái)參激激運(yùn)動(dòng)分分析程序序。計(jì)算算全張緊緊桁架式式SPAR平臺(tái)臺(tái)的參激激運(yùn)動(dòng)響響應(yīng)。七、海上上風(fēng)力發(fā)發(fā)電浮式式基礎(chǔ)動(dòng)動(dòng)力特性性研究7.1研研究背背景●我國近海海風(fēng)能資資源初步估算算我國海海上風(fēng)能能資源為為7.5億千瓦瓦，為陸陸地風(fēng)力力資源的的3倍。?！秶壹抑虚L期期科學(xué)和和技術(shù)發(fā)發(fā)展規(guī)劃劃綱要（（2006-2020年）》》將“風(fēng)風(fēng)能、太太陽能、、生物質(zhì)質(zhì)能等可可再生能能源技術(shù)術(shù)取得突突破并實(shí)實(shí)現(xiàn)規(guī)模?；瘧?yīng)用用”與““沿海與與陸地風(fēng)風(fēng)電場和和西部風(fēng)風(fēng)能資源源密集區(qū)區(qū)建設(shè)技技術(shù)與裝裝備”列列為“重重點(diǎn)領(lǐng)域域與優(yōu)先先主題””?！耧L(fēng)電浮浮式基礎(chǔ)礎(chǔ)的應(yīng)用用前景離海岸線線越遠(yuǎn)，，風(fēng)速越越大，風(fēng)風(fēng)的穩(wěn)定定性越好好，可以以驅(qū)動(dòng)更更大容量量的風(fēng)電電機(jī)，發(fā)發(fā)電效益益提高。。海洋發(fā)發(fā)電的主主要風(fēng)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(yīng)海洋洋更大發(fā)發(fā)電量需需求，風(fēng)風(fēng)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(chǔ)結(jié)結(jié)構(gòu)海底底力矩小小，可以以降低海海底基礎(chǔ)礎(chǔ)結(jié)構(gòu)建建造費(fèi)用用，經(jīng)濟(jì)濟(jì)性比固固定基礎(chǔ)礎(chǔ)好。我國西沙海面七、海上上風(fēng)力發(fā)發(fā)電浮式式基礎(chǔ)動(dòng)動(dòng)力特性性研究7.2海海上風(fēng)風(fēng)電浮式式基礎(chǔ)的的主要形形式由浮力艙、壓載艙、系泊線及錨固基礎(chǔ)4個(gè)部分組成。通過壓載艙使得整個(gè)系統(tǒng)的重心壓低至浮心之下，保證整個(gè)風(fēng)機(jī)在水中的穩(wěn)定,再通過輻射式布置的懸鏈線來保持整個(gè)風(fēng)機(jī)的位置。下部采用大抓力錨、樁基基礎(chǔ)或者吸力式基礎(chǔ)。吸力式基礎(chǔ)主體為鋼制圓筒，在下部艙室內(nèi)填充塊石壓載，在中上部艙室灌水壓載。Spar式基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)性能能：Spar形式的的基礎(chǔ)比比半潛式式基礎(chǔ)有有著更好好的垂蕩蕩性能，，因?yàn)镾par形式基基礎(chǔ)吃水水大，并并且垂向向波浪激激勵(lì)力小小，垂蕩蕩運(yùn)動(dòng)小?。坏鞘怯捎赟par形式的的基礎(chǔ)水水線面對(duì)對(duì)穩(wěn)性的的貢獻(xiàn)小小，其橫橫搖和縱縱搖值較較大。7.2.1SPAR型浮式式基礎(chǔ)七、海上上風(fēng)力發(fā)發(fā)電浮式式基礎(chǔ)動(dòng)動(dòng)力特性性研究7.2.2半半潛式式浮式基基礎(chǔ)半潛式基礎(chǔ)●結(jié)構(gòu)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(chǔ)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(gè)風(fēng)風(fēng)機(jī)的穩(wěn)穩(wěn)定?！襁\(yùn)動(dòng)性能半潛式基礎(chǔ)吃吃水小，在運(yùn)運(yùn)輸和安裝時(shí)時(shí)具有良好的的穩(wěn)定性，相相應(yīng)的費(fèi)用比比Spar和和TLP型式式的基礎(chǔ)節(jié)省省。七、海上風(fēng)力力發(fā)電浮式基基礎(chǔ)動(dòng)力特性性研究TLP式基礎(chǔ)●TLP型式基基礎(chǔ)主要由圓柱形形的中央柱、、矩形截面的的浮筒、錨固固基礎(chǔ)組成。。通過張力筋筋腱固定和保保持整個(gè)風(fēng)機(jī)機(jī)結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定定。海底采用用樁基或者吸吸力式基礎(chǔ)，，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(chǔ)。?！襁\(yùn)動(dòng)性能TLP型式的的基礎(chǔ)具有良良好的垂蕩和和搖擺運(yùn)動(dòng)特特性。缺點(diǎn)是是張力系泊系系統(tǒng)復(fù)雜、安安裝費(fèi)用高，，張力筋腱張張力受海流影影響大，上部部結(jié)構(gòu)和系泊泊系統(tǒng)的頻率率耦合易發(fā)生生共振運(yùn)動(dòng)。。中央柱矩形截面浮筒筒7.2.3TLP型浮浮式基礎(chǔ)七、海上風(fēng)力力發(fā)電浮式基基礎(chǔ)動(dòng)力特性性研究7.2.4海面浮動(dòng)結(jié)構(gòu)構(gòu)技術(shù)（windfloat））●結(jié)構(gòu)形式

屬于半潛式結(jié)構(gòu)的衍生基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)。主要由壓水板、桁架結(jié)構(gòu)、三個(gè)立柱、6根系泊線組成?！襁\(yùn)動(dòng)性能

壓水板連接在立柱底部，提供附加質(zhì)量和增加阻尼，改善平臺(tái)的水動(dòng)力特性。立柱頂部作為甲板使用，提供適當(dāng)?shù)淖鳂I(yè)空間，桁架上表面作為連接通道。安裝閉式主動(dòng)壓載系統(tǒng)，調(diào)節(jié)壓載水在立柱之間流動(dòng)，保持平臺(tái)的直立和穩(wěn)定性，使塔柱保持直立狀態(tài)。海面浮動(dòng)結(jié)構(gòu)七、海上風(fēng)力力發(fā)電浮式基基礎(chǔ)動(dòng)力特性性研究7.3存在在的科學(xué)問題題7.3.1浮浮式基礎(chǔ)結(jié)結(jié)構(gòu)載荷及載載荷傳遞方式式●結(jié)構(gòu)載荷（1）重力載載荷:結(jié)構(gòu)構(gòu)設(shè)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(fēng)風(fēng)載荷；（3）風(fēng)機(jī)運(yùn)行行荷載：葉片片水平推力、、轉(zhuǎn)矩、偏航航系統(tǒng)力；（（4）浮式基基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)誘導(dǎo)導(dǎo)的慣性載荷荷；（5）系系泊系統(tǒng)的恢恢復(fù)力；（6）漂流物撞撞擊、船舶碰碰撞等偶然載載荷；（7））錨固基礎(chǔ)與與土壤之間的的相互作用力力：滲流與沖沖刷。必須準(zhǔn)確計(jì)算算浮式基礎(chǔ)載載荷的大小、、作用位置和和隨時(shí)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(chǔ)運(yùn)動(dòng)狀狀態(tài)、風(fēng)機(jī)和和葉片轉(zhuǎn)動(dòng)而而變化，這是是建立分析模模型時(shí)需要考考慮的關(guān)鍵問問題?！褫d荷傳遞方式式七、海上風(fēng)力力發(fā)電浮式基基礎(chǔ)動(dòng)力特性性研究載荷傳遞方式式七、海上風(fēng)力力發(fā)電浮式基基礎(chǔ)動(dòng)力特性性研究7.3.2關(guān)關(guān)鍵科學(xué)問問題●塔柱和基礎(chǔ)礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)的相互互影響海上風(fēng)電系統(tǒng)統(tǒng)屬于高聳結(jié)結(jié)構(gòu)物，水平平載荷和垂向向載荷數(shù)量級(jí)級(jí)相當(dāng)。水平平傾覆力矩作作用引起浮式式基礎(chǔ)大幅搖搖擺運(yùn)動(dòng)甚至至傾覆，同時(shí)時(shí)基礎(chǔ)的六個(gè)個(gè)自由度運(yùn)動(dòng)動(dòng)又影響塔柱柱的搖擺。●氣動(dòng)彈性力-水動(dòng)力耦合合當(dāng)風(fēng)速增大時(shí)時(shí)，波流也相相應(yīng)增大，來來自葉片的推推力和轉(zhuǎn)矩加加大，塔柱搖搖擺劇烈，同同時(shí)由于波高高增大，基礎(chǔ)礎(chǔ)出現(xiàn)大幅運(yùn)運(yùn)動(dòng)，此時(shí)，，塔柱和基礎(chǔ)礎(chǔ)的相互影響響增加?！穸r(jià)水動(dòng)力引引起的差頻運(yùn)運(yùn)動(dòng)對(duì)于TLP型型浮式基礎(chǔ)，，由于縱蕩剛剛度小，縱蕩蕩運(yùn)動(dòng)頻率遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于垂蕩運(yùn)運(yùn)動(dòng)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(chǔ)的水平面面內(nèi)固有長周周期運(yùn)動(dòng)的頻頻率接近，誘誘發(fā)水平面內(nèi)內(nèi)的大幅共振振慢漂運(yùn)動(dòng)，，此外紊流風(fēng)風(fēng)的激振頻率率也在該頻率率范圍，加劇劇浮式基礎(chǔ)的的縱蕩慢漂運(yùn)運(yùn)動(dòng)?！穸A水動(dòng)力引引起的和頻運(yùn)運(yùn)動(dòng)二階和頻波浪浪力誘發(fā)浮式式基礎(chǔ)的大幅幅垂向彈跳振振動(dòng)（Spring或者者Ringing），浮浮式基礎(chǔ)的垂垂向振動(dòng)屬于于高階模態(tài)振振動(dòng)，縱搖和和縱蕩屬于較較低階運(yùn)動(dòng)模模態(tài)，因此，，垂蕩運(yùn)動(dòng)能能量將傳遞到到縱搖，導(dǎo)致致縱搖失穩(wěn)。。七、海上風(fēng)力力發(fā)電浮式基基礎(chǔ)動(dòng)力特性性研究7.4研究究內(nèi)容●分析模型的建建立針對(duì)TLP型型半潛式基礎(chǔ)礎(chǔ)，考慮張力力筋腱系泊，，研究回復(fù)剛剛度、水動(dòng)力力阻尼和系統(tǒng)統(tǒng)阻尼、整個(gè)個(gè)系統(tǒng)慣性矩矩陣的確定方方法，計(jì)算葉葉片和風(fēng)機(jī)的的氣動(dòng)彈性載載荷，考慮斯斯特克斯二階階波計(jì)算水動(dòng)動(dòng)力，建立整整個(gè)浮式基礎(chǔ)礎(chǔ)結(jié)構(gòu)系統(tǒng)的的分析模型。。●低頻縱蕩運(yùn)動(dòng)動(dòng)分析研究氣動(dòng)彈性性力-水動(dòng)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(dòng)彈性載載荷頻率、風(fēng)風(fēng)機(jī)載荷頻率率、二階水動(dòng)動(dòng)力載荷差頻頻以及浮式基基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)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(tái)浮式式基礎(chǔ)的低頻頻慢漂響應(yīng)及及運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)條條件?！窈皖l垂蕩與縱縱搖耦合運(yùn)動(dòng)動(dòng)分析研究二階水動(dòng)動(dòng)力和頻載荷荷引起的浮式式基礎(chǔ)的垂蕩蕩運(yùn)動(dòng)，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(duì)于縱搖（（或者縱蕩））影響及風(fēng)載載荷聯(lián)合作用用，研究浮式式基礎(chǔ)的縱搖搖（或者縱蕩蕩）運(yùn)動(dòng)響應(yīng)應(yīng)和運(yùn)動(dòng)失穩(wěn)穩(wěn)臨界條件。。七、海上風(fēng)力力發(fā)電浮式基基礎(chǔ)動(dòng)力特性性研究●5MW風(fēng)機(jī)機(jī)浮式基礎(chǔ)基基本參數(shù)研究究浮式基礎(chǔ)平臺(tái)臺(tái)的初步選定定及概念化設(shè)設(shè)計(jì)以及計(jì)算算模型的建立立，風(fēng)力系統(tǒng)統(tǒng)的選擇及計(jì)計(jì)算模型的建建立。包括確確定浮式基礎(chǔ)礎(chǔ)平臺(tái)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(fēng)機(jī)的尺尺寸、重量、、重心等?！窀∈交A(chǔ)運(yùn)動(dòng)動(dòng)對(duì)塔架和葉葉片的影響研研究浮式基礎(chǔ)的運(yùn)運(yùn)動(dòng)對(duì)風(fēng)電塔塔架的影響，，以及對(duì)風(fēng)機(jī)機(jī)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的的影響，分析