海洋工程学科前沿讲座

学科前沿讲座

一、海洋工程学科的战略地位

海洋面积大约占地球表面积的70％，水量约占地球上总水量的97%左右，蕴藏丰富的资源，具有重要的战略价值。面对目前世界人口急剧膨胀、陆地资源日益枯竭、环境不断恶化这三大问题，人类把未来发展的希望寄托于尚未得到充分开发的海洋。世界各国纷纷将开发海洋、发展海洋经济和海洋产业作为国家发展的重要战略举措，并把21世纪称为海洋资源开发的新世纪。目前人类开发的海洋资源主要包括：油气资源，空间资源，矿产资源，生物资源，绿色能源，旅游资源等。

我国海洋战略发展的三大目标：2020年前：逐步拓展到全部领海和经济专属区；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。

我国的大陆岸线长18000多千米，加上岛屿岸线14000千米，海岸线总长居世界第四，大陆架面积130万平方千米，位居世界第五，200海里水域面积200～300万平方千米，居世界第十。开发海洋已经形成了多产业组成的海洋经济体系，海洋资源的进一步发现、开发和利用，对于我国的长期可持续发展，具有越来越重要的战略意义。海洋工程学科的技术支撑作用：支撑海洋开发装备的研制、开发及技术的持续进步。装备：深海油气资源勘探、开发、施工、运输等的海洋工程大型装备、深海工程装备、用以资源运输、海洋空间利用和开发支持的新型船舶和浮体。海洋工程学科的核心任务：是针对海洋资源开发、利用、保护中的重大工程技术开展研究，解决关键科学问题，并从应用中发现规律，更深层次地揭示海洋工程中的客观现象和规律，促进海洋工程与相关学科的发展，使海洋工程的基础理论与关键技术在国家海洋开发的重大工程建设中发挥重要作用。海洋工程学科的战略地位体现在三个方面：（1）支撑海洋油气资源开发、维护国家能源安全

我国拥有300万平方公里海疆，油气资源十分丰富。其中南海探明的油气资源大约为400亿吨。我国深海技术落后，与国外差距很大，不具备深海装备的研究制造安装能力。（2）为船舶工业提供关键技术支持海洋工程科学研究的成果最终将通过船舶工业转化为具体的大型装备和生产力。其研发的海洋工程开发装备等是船舶工业的重要高端产品之一。（3）为国防安全保障作出贡献研究中的美国海军移动基地(VLFS)捍卫国家主权尊严、海洋权益和资源、维护领土完整。1）南海石油被盗采2）海上运输通道：马六甲海峡3）南海海洋权益受到侵犯和挑战4）祖国尚未统一“奥德赛”号发射平台，由钻井平台改装的发射场，航行速度22公里/小时。“奥德赛”的顶部甲板长131米,宽67米,排水量3万吨;进入发射位置后,浮筒中灌入大量海水,排水量也会达到4.6万吨,可以确保发射时的稳定性。二、海洋工程的前沿技术问题海洋油气资源开发、海洋空间利用、船舶与海洋工程制造工程实际提出了一系列的重大科学技术问题：（1）海洋资源开发装备●新概念海洋工程结构物研究开发技术

新概念海洋平台开发；边际油田开发技术；新型特种海上工作船研制关键技术；天然气水合物勘探开发技术；海上风能、波浪能、潮汐能、温差能等新型海洋能源利用技术与装备；海水、矿产、生物等海洋资源利用技术与装备开发；超大型浮式海洋结构物、超大型储油装置等。图半潜式风电基础

波浪发电装置五万吨级渤海友谊号FPSO二、海洋工程的前沿技术问题●深海平台关键技术新概念深海平台、半潜式平台、立柱式平台（SPAR）、张力腿平台（TLP）、深海平台定位系统和立管系统、深海平台海上运输与安装关键技术。半潜式平台张力腿平台立柱式平台（SPAR）二、海洋工程的前沿技术问题●

浮式生产储卸油系统（FPSO）关键技术新型FPSO、单点系泊系统、浅水FPSO系统、新型FLNG系统、新型FDPSO系统、FPSO/FLNG柔性连接输油系统关键技术。●

深海装备的海上安装技术海上运输或拖航、平台主体安装、平台上部模块安装、深海系泊系统安装、立管系统安装、水下生产系统安装关键技术等。Spar湿拖运输TLP与FPSO联合生产系统二、海洋工程的前沿技术问题（2）海洋管线与立管●海洋管线与立管设计技术海洋管线、立管的设计技术；海洋管线和立管在油气生产输送系统中的关键技术；海洋管线和立管在钻探系统中的关键技术等。●海洋管线与立管所受环境载荷海洋流和波浪对管线和立管的非线性载荷作用；水面结构物与管线和立管的耦合运动效应；海底环境对管线和立管的非线性载荷作用；极端海洋环境条件下管线和立管所受环境载荷分析等。●立管系统安装墨西哥湾水下立管布置照光处为吸油装置采油立管TLP立管(3)系泊系统●

单点系泊系统单点系泊系统与立管布置形式的设计；单点系泊系统的动态运动稳定性问题；转塔位置对单点系泊系统风标效应的影响；单点系泊系统水平回复特性的研究；单点系泊系统水平运动慢漂阻尼的研究；●

深海多点系泊系统深海系泊系统阻尼、动载荷等动力响应机理；深海锚泊定位与动力定位等不同定位模式间的配合；深海系泊系统形式的选择与布置形式；深海系泊缆组成成分与材料的确定；深海内波、极大波等非线性海洋环境载荷对系泊系统动力响应特性的影响等。二、海洋工程的前沿技术问题Spreadmooring单点系泊深海平台系泊二、海洋工程程的前沿技术术问题(4)水下工工程与技术本研究方向主主要分为潜水水器、深海空空间站等。●潜水器前沿技技术研究新概念潜潜水器和水下下作业方法、、潜水器总体体和集成技术术与方法、水水下航行和推推进的流体体动力分析和和优化、潜水水器特种材料料和结构、深深水远距离动动力和信息传传输、深水布布放回收技术术及其关键过过程机理研究究、海洋环境境潜水器动力力学和操纵控控制、水下定定位、环境感感知和人工智智能等。●深海空间站研究深海空间间站顶层设计计与总体优化化技术、深海海空间站超大大潜深结构技技术、深海空空间站水动力力性能优化与与综合预报技技术、深海空空间站潜器搭搭载与收放技技术、深海空空间站站载系系统等。三、海洋工程程学科的前沿沿学术问题1、极限海洋洋环境及其与与结构物相互互作用研究在海洋运输和和海洋开发工工程中，极限限海洋环境把把握十分重要要。该方面的的研究主要包包括：（1）极限海海洋环境的数数理描述；（2）极限海海洋环境与结结构物的作用用机理；（3）复杂海海洋水声环境境效应规律。。（1）强非线性水波的相互作用和干扰；（2）强非线性水波、风、非均匀流与海洋工程结构物的相互作用；（3）船舶与海洋浮体非线性响应的机理与预报方法。

理论研究的精细化、工程实际应用的精度要求，使非线性动力研究一直是、未来一段时间也将是船舶与海洋工程研究者的最关心问题之一。该方面的研究主要包括：2、非线性水动力学、结构物非线性动力响应机理与数值方法研究三、海洋工程程学科的前沿沿学术问题3、基于CFD的数值模模拟理论与方方法研究计算水动力学学已成为开展展船舶与海洋洋工程结构物物水动力性能能研究的重要要手段，该方方面的研究主主要包括：（1）波-流流-结构物相相互作用问题题的数值模拟拟；（2）深海水水动力学问题题的数值模拟拟；（3）船舶与与海洋工程数数值水池仿真真实验室研究究；（4）全尺度度船舶与海洋洋结构物复杂杂流动问题的的大规模并行行数值计算仿仿真。4、海洋结构构物强度与可可靠性研究（1）船舶与与海洋结构物物极限承载能能力；（2）海洋结结构物全寿命命周期分析设设计方法；（3）新型复复合材料结构构强度与设计计；（4）基于可可靠性和风险险评估技术的的结构分析方方法.四、海洋工程程领域的前沿沿研究方向4.1船舶舶与海洋工程程水动学领域域船舶与海洋工工程水动力学学是研究海洋洋平台（航行行体/结构物物）在复杂海海洋环境条件件下的流动现现象、预报和和控制海洋平平台的非线性性／动态载荷荷与响应的基基础性研究科科学，是流体体动力学的重重要分支领域域。4.1.1非非线性水动力力学1）强非线性性水波、风、、非均匀流与与海洋工程结结构物的相互互作用。2）深水极端端非线性海洋洋环境，以及及浅水非线性性海洋环境的的研究；3）船舶与海海洋浮体整体体非线性响应应的机理与预预报方法，包包括：三维非非线性水弹性性与击振、参参数型横摇运运动的时域分分析、极限运运动与倾覆分分析、液舱晃晃荡与船舶运运动非线性耦耦合分析、超超大型FPSO浅水效应应以及多浮体体水动力性能能研究等。4）船舶局部部强非线性流流动和响应预预报理论，包包括艏艉砰击击载荷、甲板板上浪及其载载荷、液舱晃晃荡载荷、深深海平台波浪浪爬升等。5）船舶与海海洋浮体非线线性响应试验验技术的研究究，包括非线线性海洋环境境的模拟技术术，船舶与海海洋浮体整体体与局部非线线性响应的测测试技术等。。四、海洋工程程领域的前沿沿研究方向4.1.2计计算水动力学学（CFD））1）波-流-结构物相互互作用问题的的数值模拟，，包括小尺度度问题(如海海洋平台立柱柱，锚链，系系泊系统)和和大尺度问题题(如人工岛岛，海上机场场，储油罐)的波流场数数值模拟和水水动力特性的的计算。2）深海水动动力学问题的的数值模拟，，包括分层流流和内波，复复杂潜流，深深海管线内流流和外流耦合合，立管多模模态涡激振动动，海洋结构构物大变形流流固耦合的水水弹性问题，，深海锚链系系统的数值分分析和水动力力性能计算。。3）船舶与海海洋工程数值值水池仿真实实验室研究，，包括数值造造波，数值造造流，船舶和和海洋结构物物在复杂波流流和各种限制制环境下的全全流场数值仿仿真和动态演演示方法和技技术。4）全尺度船船舶与海洋结结构物复杂流流动问题的大大规模并行数数值计算仿真真，主要是针针对实船、船船-桨-附体体、超大型海海上浮体和平平台的流场数数值模拟和水水动力性能预预报。5）船舶与海海洋结构物优优异水动力性性能的数值技技术开发研究究，即通过数数值模拟实行行船舶减阻，，船型优化，，新船型开发发，海洋平台台优化设计，，新概念船舶舶和海洋结构构物开发的方方法和技术。。6）船舶与海海洋工程水动动力学问题数数值计算的非非确定性分析析，包括对数数学模型、湍湍流模式、方方程离散、数数值方法、编编程过程、编编译系统等误误差源的非确确定性分析。。四、海海洋工工程领领域的的前沿沿研究究方向向4.1.3海洋洋工程程结构构物水水动力力性能能●深海平平台水水动力力性能能研究半半潜式式平台台水动动力性性能；；立柱柱式平平台（（SPAR）水水动力力性能能；张张力腿腿平台台（TLP）水水动力力性能能；新新概念念深海海平台台水动动力性性能；；深海海平台台与定定位系系统的的耦合合水动动力分分析；；深海海平台台海上上运输输与安安装过过程水水动力力分析析；深深海平平台极极限环环境载载荷、、低频频响应应、高高频振振动、、波浪浪爬升升与砰砰击、、涡激激运动动及控控制等等特殊殊水动动力性性能；；内波波与深深海平平台系系统的的水动动力作作用等等。●浮式生生产储储卸油油系统统（FPSO））水动动力性性能研究FPSO与与单点点系泊泊系统统的耦耦合水水动力力分析析；FPSO甲甲板上上浪与与砰击击等特特殊水水动力力性能能；浅浅水FPSO系系统水水动力力性能能；单单点系系泊FPSO水水平面面运动动与稳稳定性性分析析等。。●深水海海洋工工程水水动力力模型型实验验方法法研究特特殊海海洋动动力环环境模模拟方方法；；深海海平台台混合合模型型实验验方法法；深深水系系泊系系统、、立管管系统统的等等效模模拟方方法；；波浪浪爬升升等模模型实实验方方法；；动力力定位位系统统模型型实验验方法法；海海洋工工程结结构物物水动动力性性能的的海上上实测测技术术；深海海平台台极限限环境境载荷荷、低低频响响应、、高频频振动动与砰砰击、、涡激激运动动及控控制等等特殊殊水动动力性性能；；内波波与深深海平平台系系统的的水动动力作作用等等。四、海海洋工工程领领域的的前沿沿研究究方向向4.1.4流流固耦耦合●单体弹弹性浮浮式结结构物物的动动力响响应研研究研究单单体浮浮式结结构物物水弹弹性响响应的的时域域分析析理论论；碰碰击作作用下下的弹弹性浮浮式结结构物物水弹弹性响响应分分析技技术；；甲板板上浪浪作用用下的的弹性性浮式式结构构物水水弹性性响应应分析析技术术；考考虑二二阶波波浪力力作用用下的的弹性性浮式式结构构物水水弹性性响应应分析析技术术等。。●多体弹弹性浮浮式结结构物物的动动力响响应研研究研究多多体浮浮式结结构物物水弹弹性响响应的的频域域分析析理论论研究究；多多体浮浮式结结构物物水弹弹性响响应的的时域域分析析理论论研究究；考考虑波波浪二二阶力力贡献献的多多体浮浮式结结构物物水弹弹性响响应分分析技技术。。●基于CFD和结结构动动力学学的海海洋结结构物物水弹弹性响响应分分析理理论研研究4.1.5实验水动力学●复杂、灾害性深海环境模拟理论与方法研究内容包括：奇异波与碎波等模拟理论与方法；任意主方向短峰波、双峰谱短峰波、奇异波叠加短峰波等不规则波模拟理论与方法；分层流、内波模拟理论与方法；均匀稳定深水流、剪切深水流、高速表层流等模拟理论与方法；非定常风场模拟理论与方法。四、海海洋工工程领领域的的前沿沿研究究方向向●船舶与与海洋洋工程程模型型试验验理论论与技技术研究船船舶与与海洋洋工程程模型型试验验尺度度效应应与相相似律律；深深海平平台、、深水水系泊泊系统统、立立管系系统的的水深深截断断模拟拟理论论与技技术；；平台台涡激激运动动及深深海柔柔性构构件涡涡激振振动实实验技技术；；甲板板上浪浪、波波浪爬爬升、、砰击击、晃晃荡等等非线线性力力学模模型试试验技技术；；水下下运载载器操操纵与与控制制模型型试验验技术术；深深海立立管结结构疲疲劳试试验技技术等等。●大型海海上装装备现现场测测试研究海海上风风、浪浪、流流环境境现场场测量量与分分析方方法；；海上上装备备运动动性能能现场场测量量方法法；系系泊系系统和和立管管系统统运动动与载载荷现现场测测量方方法；；现场场测试试数据据的长长期自自动同同步采采集、、传输输与处处理；；现场场监测测及远远距离离遥控控监测测系统统等。。4.2海海洋结结构物物强度度与可可靠性性4.2.1海海洋结结构物物整体体与极极限强强度局局部强强度●船舶与与海洋洋结构构物总总强度度分析析方法法研究全结结构有限限元分析析模型的的建立以以及简化化力学分分析模型型的建立立；海洋洋工程结结构在爆爆炸载荷荷下的安安全性评评估；有有限元建建模不确确定性研研究；基基于可靠靠性理论论的结构构总强度度安全性性评估技技术；基基于总强强度和局局部强度度协调一一致的结结构优化化设计技技术等。。四、海洋洋工程领领域的前前沿研究究方向●船舶与海海洋结构构物极限限承载能能力研究究研究结构构极限状状态下逐逐步倒塌塌的非线线性仿真真技术；；结构总总体屈曲曲和局部部屈曲的的相互作作用分析析；焊接接残余应应力对极极限强度度影响；；制造加加工变形形的随机机特性对对极限强强度的影影响；腐腐蚀对极极限强度度的影响响；含裂裂纹结构构的极限限强度分分析；局局部损伤伤结构（（比如凹凹陷）对对极限强强度影响响的分析析技术。。●海洋结构构物局部部强度的的应力分分析设计计方法研研究研究海洋洋结构物物局部应应力三维维有限元元分析标标准化；；海洋结结构物的的局部强强度应力力分类设设计理论论；海洋洋结构物物在极端端环境条条件下局局部强度度控制准准则等。。4.2.2海海洋结构构物局部部强度与与疲劳寿寿命●海洋结构构物疲劳劳分析研究高强强度钢等等海洋工工程结构构材料在在海洋环环境条件件下的疲疲劳性能能研究;非线性性疲劳损损伤模型型研究;随机载载荷作用用下的疲疲劳裂纹纹扩展寿寿命预报报方法；；随机载载荷谱及及疲劳载载荷谱标标准化研研究；深深海柔性性立管疲疲劳特性性的预报报与实验验研究；；缆索结结构在复复杂海洋洋环境载载荷作用用下的疲疲劳特性性预报及及实验研研究等。。四、海海洋工工程领领域的的前沿沿研究究方向向●海洋结结构物物全寿寿命周周期分分析设设计方方法研究海海洋工工程材材料的的腐蚀蚀模型型研究究；海海洋结结构物物的腐腐蚀疲疲劳模模型研研究；；基于于腐蚀蚀、疲疲劳损损伤演演化的的全寿寿命周周期海海洋结结构物物设计计方法法研究究等。。4.2.3海海洋结结构物物非线线性动动力响响应●海洋结结构物物极端端响应应研究深深水极极端非非线性性海洋洋环境境载荷荷，海海洋结结构物物整体体非线线性响响应破破坏机机理与与预报报方法法。●海洋结结构物物耦合合动力力响应应研究海海洋结结构物物与强强非线线性波波浪相相互作作用机机理、、海洋洋结构构物与与系泊泊系统统和立立管系系统的的非线线性流流固耦耦合分分析方方法。。●海洋结结构物物局部部非线线性动动力响响应研究海海洋结结构物物局部部强非非线性性振动动和响响应预预报理理论，，包括括艏艉艉砰击击载荷荷、甲甲板上上浪及及其载载荷、、波浪浪爬升升等。。●海洋结结构物物非线线性屈屈曲研究超超大潜潜深结结构与与海底底管道道的非非线性性屈曲曲特性性。四、海海洋工工程领领域的的前沿沿研究究方向向4.2.4基基于可可靠性性和风风险评评估技技术的的结构构分析析方法法●船舶与与海洋洋结构构物全全寿命命周期期安全全性评评估研究船船舶与与海洋洋结构构物自自诊断断与安安全性性评价价；全全生命命周期期下的的船舶舶与海海洋结结构物物的设设计与与建造造理论论；船船舶与与海洋洋结构构物全全寿命命风险险评估估与决决策；；海洋洋结构构物正正常使使用工工况条条件下下的危危险区区域的的识别别；海海洋结结构物物在极极端环环境条条件下下风险险控制制技术术等。。●事故损损伤评评估研究碰碰撞、、触礁礁、燃燃烧等等过程程对船船舶与与海洋洋结构构物的的损伤伤机理理；近近船体体爆炸炸冲击击波的的传播播特性性及其其与船船体表表面的的相互互作用用机理理；水水下爆爆炸气气泡对对船体体结构构毁伤伤机理理及剩剩余生生命力力；船船舶与与海洋洋结构构物结结构疲疲劳断断裂、、极限限强度度、防防腐疲疲劳损损伤感感知、、监测测；重重大事事故发发生后后船舶舶与海海洋结结构物物的环环境载载荷和和剩余余极限限强度度分析析；重重大事事故情情况下下的修修复费费用效效益评评估等等。●风险评评估的的理论论研究究研究海海洋结结构物物重大大灾难难性事事故统统计及及发生生的概概率分分析；；海洋洋结构构物风风险概概率与与损失失模型型；海海洋结结构物物风险险决策策模型型；海海洋结结构物物工程程保险险精算算研究究；船船舶与与海洋洋结构构物灾灾害性性事故故中人人因失失效模模式及及影响响分析析；基基于风风险的的海洋洋结构构物的的损伤伤检测测、诊诊断、、险情情预报报、维维修和和报废废决策策等。。四、海海洋工工程领领域的的前沿沿研究究方向向4.2.6结结构物物海底底基础础强度度与可可靠性性●深海结结构物物海底底基础础强度度特性性研究深深海结结构物物海底底基础础强度度与极极限承承载特特性；；深海海结构构物海海底基基础与与周围围地层层介质质相互互作用用的破破坏模模式与与承载载能力力；考考虑海海底地地下水水渗流流影响响的深深海结结构物物海底底基础础强度度的计计算理理论与与数值值方法法；深深海结结构物物海底底吸力力式桶桶形基基础沉沉贯过过程中中的关关键技技术；；深海海结构构物海海底基基础强强度与与变形形的现现场量量测技技术等等。●极端灾害环环境下深海海结构物海海底基础动动力特性研究极端环环境荷载作作用下深海海结构物海海底基础动动力响应与与安全性评评估；海洋洋结构物海海底基础与与海底冲刷刷的耦合动动力分析；；深海结构构物海底基基础与周围围地层介质质相互作用用的模型试试验技术；；地震等极极端灾害环环境作用下下海底地基基砂土液化化及对结构构物基础强强度的影响响。●深海结构物物海底基础础可靠性研究海底结结构物自诊诊断技术与与可靠性评评价；全生生命周期下下海洋结构构物海底基基础的设计计与建造理理论；结构构物海底基基础全寿命命风险评估估与决策；；海洋结构构物海底基基础与地基基在极端环环境条件下下风险控制制技术。四、海洋工工程领域的的前沿研究究方向●深海空间站站研究深海空空间站顶层层设计与总总体优化技技术；深海海空间站超超大潜深结结构技术研研究；深海海空间站水水动力性能能优化与综综合预报技技术；深海海空间站潜潜器搭载与与收放技术术；深海空空间站站载载系统研究究等。4.3深海海潜器●潜水器总体体和集成技技术研究潜水器器的总体设设计和集成成技术；复复杂线型水水下航行体体的水动力力性能预报报和优化技技术；大深深度载人潜潜水器无动动力下潜/上浮技术术；载人潜潜水器系统统的安全可可靠性技术术；大深度度载人钛合合金球壳的的设计及制制造技术；；低密度耐耐高压的浮浮力材料及及其加工技技术；高能能量密度的的深海动力力技术；针针对作业目目标的稳定定悬停定位位技术；美国深海空间站概念图长8m,下潜深度7000米，航速2.5-3节。2010年7月18日海试成功。四、海洋工工程领域的的前沿研究究方向4.4海洋洋资源开发发利用4.4.1海洋能源源开发●海上风力发发电研究新型海海上风电机机组支撑结结构载荷及及强度分析析方法；海海上风电设设备安装施施工技术与与装备；海海上风电机机组支撑结结构的设计计荷载条件件、最优结结构形式与与设计标准准；海上风风电机组荷荷载与环境境荷载的组组合方法；；海上风电电机组浮式式基础的结结构形式、、分析模型型及计算方方法；研究究海上风电电机组减灾灾防灾以及及运行安全全技术；海海上风电机机组全寿命命安全评估估理论与方方法。●海上风力发发电研究新型海海上风电机机组支撑结结构载荷及及强度分析析方法；海海上风电设设备安装施施工技术与与装备；海海上风电机机组支撑结结构的设计计荷载条件件、最优结结构形式与与设计标准准；海上风风电机组荷荷载与环境境荷载的组组合方法；；海上风电电机组浮式式基础的结结构形式、、分析模型型及计算方方法；研究究海上风电电机组减灾灾防灾以及及运行安全全技术；海海上风电机机组全寿命命安全评估估理论与方方法。四、海洋工工程领域的的前沿研究究方向●潮流发电研究新型高高效、适合合较低流速速的潮流能能获能装置置；潮流水水轮机设计计理论、制制造及优化化运行控制制技术；潮潮流能水轮轮机支撑载载体与固定定系统；水水轮机流-固耦合的的动力学分分析和性能能预测的数数值模拟方方法研究；；潮流发电电获能装置置中涉及的的柔性体与与流体耦合合中的变形形与获能机机理研究；；海洋环境境下的潮流流发电装置置载荷计算算、动态特特性、减灾灾防灾以及及运行安全全技术研究究。●波浪能研究大中型岸岸式振荡水柱柱波能发电装装置的研究、、设计及优化化运行技术；；离岸式波能能发电装置的的设计；波能能利用装置发发电平稳出力力波浪能发电设备潮汐能发电设备5.1海海洋深水立管管的组成与种种类●立管组成海洋立管是连连接水面浮式式装置和位于于海床的海底底设备(如井井口、PLEM、总管)的导管，是是现代海洋工工程结构系统统中的重要组组成部分之一一，同时也是是薄弱易损的的构件之一。。一般情况，，海洋立管下下端通过万向向节与海底井井口连接，其其上端与平台台或船舶底部部的滑移节配配合。典型立管系统统主要包括：：管道、浮体体与井口之间间的接口设备备、部件、辅辅助件。●立管种类立管的形式本本质上有两种种，即刚性立立管和柔性立立管，混合立立管是两者的的结合。按照照线型分又可可以分为顶张张力立管(TTRs)、钢悬链线线立管(SCR)、惰性性S立管、陡陡峭型S立管管、陡峭型波波浪立管等。。海洋立管用途途为：采油/注水；钻井井；循环液体体的流进和流流出；完井；；修井。五、深海立管参激-涡激振动及疲劳研究惰性S立管五、深海立管管参激-涡激激振动及疲劳劳研究惰性S形立管惰性波形立管陡峭波形立管陡峭S形立管顶张力立管五、深海立管管参激-涡激激振动及疲劳劳研究5.2TTRs立管存存在的主要科科学问题海洋立管下端端通过万向节节与海底井口口连接，上端端与平台或船船舶底部的滑滑移节配合：：5.2.1作作用在立管管上的载荷●诱导载荷浮体运动：立立管顶端浮体体运动载荷施施加在立管，，这为浮体运运动诱导载荷荷。

●环境载荷波浪力：表面波、内波海流力：拖曳力涡激力：当海流流经柱体时，在柱体的下游产生漩涡，漩涡周期的形成和泄放，产生涡激升力。五、深海立管管参激-涡激激振动及疲劳劳研究5.2.2立立管参激振振动●立管的参激振振动立管的浮体（（船舶或者平平台）升沉运运动导致立管管上端边界受受到激励，由由此产生两个个效应，其一一是导致立管管的上端边界界是可动的；；其二是引起起立管轴向力力随浮体运动动而发生时变变，这两个效效应使得立管管水平弯曲振振动加大，这这既是立管的的参激振动问问题。●参激振动效应应参激振动可以以引起立管平平衡位置的不不稳定性，并并出现参数共共振。参数共共振会导致立立管振动幅值值过大，产生生疲劳破坏。。5.2.3立立管涡激振振动●立管的涡激振振动当海流流经柱柱体时，在柱柱体的下游产产生漩涡，漩漩涡周期的形形成和泄放，，产生涡激升升力，引起柱柱体发生垂直直于流向的振振动，这便是是涡激振动。。●立管涡激振动动锁定当旋涡本身的的泄放频率同同立管结构自自振频率接近近时，发生立立管振动“频频率锁定（lock-in）”现象象，立管结构构的振动驱使使旋涡的泄放放频率在一个个较大的斯特特哈拉数范围围内锁定在结结构的自振频频率附近，此此时涡激升力力急剧增大，，导致柱体发发生剧烈的振振动。五、深海立管管参激-涡激激振动及疲劳劳研究5.2.4立立管参激+涡激+拖曳曳力联合振动动深海立管主要要受到三种外外部激励形式式的作用，第第一种是流向向莫里森水动动力，第二种种是平台升沉沉引起的参数数振动，第三三种是漩涡泄泄放引起的涡涡激振动。已已有的研究工工作大都把三三种形式的激激励分开讨论论，未考虑参参数激励的存存在对立管受受迫振动和涡涡激振动时的的影响，这与与实际的海洋洋环境是不符符的。5.2.5立立管参激+涡激联合振振动的疲劳浮体垂向运动动作用下立管管发生参数振振动，在海流流作用下引起起立管水平面面内的涡激振振动，参激振振动与涡激振振动之间相互互影响，相互互作用，改变变立管振动响响应特性和疲疲劳特性。加加速立管的疲疲劳损伤，导导致立管的疲疲劳破坏。5.3尚没没有解决的问问题●深海立管随机机参数激励下下失稳机理和和非线性随机机动力特性？？●考虑浮体在非非规则波上运运动，随机参参数激励的表表达方法？●深海立管随机机参数激励和和涡激振动之之间的相互作作用的描述？？●综合考虑随机机参数激励和和涡激振动立立管的疲劳累累积损伤分析析方法？五、深海立管管参激-涡激激振动及疲劳劳研究5.4研究究内容●深海立管的参参激共振机理理研究分别考虑平台台规则运动和和随机运动，，确定参数激激励项，研究究平台运动引引起的立管失失稳机理，考考虑平台运动动的不同频率率与立管固有有频率比值关关系，研究立立管的1/2亚谐共振-主参数共振振、主共振-主参数共振振以及组合参参数共振，揭揭示升沉振动动能量向立管管横向弯曲振振动转移的机机理，揭示立立管随机参数数激励动力特特性和失稳域域。●深海立管参数数激励-涡激激耦合振动特特性研究考虑平台规则则升沉和随机机升沉运动，，针对简谐参参数激励和随随机参数激励励与涡激振动动耦合，分别别研究简谐参参数激励-涡涡激耦合动力力特性、随机机参数激励-涡激耦合动动力特性。研研究立管参数数激励对涡激激横向振动的的影响，研究究涡激振动幅幅值和频率特特性的改变，，针对平台运运动的频率、、立管固有频频率、涡激频频率之间的不不同比值关系系，研究立管管超谐共振、、亚谐共振和和组合参数共共振，揭示升升沉振动能量量向涡激振动动转移的机理理，确定参数数激励和涡激激耦合振动的的失稳域。五、深海立管管参激-涡激激振动及疲劳劳研究●深海立管参激激振动和涡激激耦合振动立立管疲劳累积积损伤研究考虑平台规则则升沉和随机机升沉运动，，分别研究简简谐参数激励励-涡激振动动疲劳以及随随机参数激励励-涡激振动动疲劳特性。。针对随机参参数激励-涡涡激振动疲劳劳，考虑非线线性振动响应应的亚谐和超超谐振动响应应分量，研究究立管振动响响应的极值分分布，随机参参数激励振动动对于立管疲疲劳累积损伤伤的影响，得得到立管疲劳劳累积损伤特特性，提出立立管疲劳累积积损伤分析方方法。5.4研究究目标●揭示立管随机机振动失稳机机理给出海洋立管管随机参数激激励振动的动动力学特性，，揭示立管随随机参数激励励振动失稳的的机理，提出出深海立管振振动失稳的判判别条件。●揭示立管参数数激励和涡激激振动的失稳稳机理给出参数激励励振动和涡激激振动相互作作用的动力学学特性，提出出参数激励对对于涡激振动动的影响规律律，揭示参数数激励和涡激激振动的失稳稳机理，给出出立管振动失失稳的判别方方法。五、深海立管管参激-涡激激振动及疲劳劳研究●参数激励和涡涡激振动疲劳劳寿命评估方方法综合考虑随机机参数激励和和涡激振动，，揭示立管疲疲劳累积损伤伤机理，提出出立管疲劳累累积损伤计算算和立管疲劳劳寿命的预报报方法。●提出减小有有害振动措施施综合考虑参激激振动和涡激激振动特性，，针对TTRs立管，提提出减小立管管有害振动的的方法，延长长立管的有效效服务期限。。5.5关键键问题●建立参激运运动表达式的的由于立管上端端与平台通过过张紧器连接接，如何把平平台运动转化化为立管上端端的准确边界界运动条件和和立管随机参参数激励的表表达式。●建立平台升沉沉运动的长期期概率分布为了在涡激振振动疲劳分析析中考虑随机机参数激励振振动影响，建建立平台升沉沉运动的长期期概率分布。。五、深海立管管参激-涡激激振动及疲劳劳研究5.6理论论研究技术路路线及主要方方法5.6.1技技术路线5.6.2采用的理论与与方法立管参数激励振动研究参数激励与涡激联合振动研究立管损伤与疲劳分析方法研究立管参激振动模型试验（1）总的理理论与方法理论分析+编编程数值计算算+商业软件件计算+模型型实验。五、深海立管管参激-涡激激振动及疲劳劳研究（2）基本理论理论分析方法法：●非线性动力学学理论，包括括方程建立，，求解析解，，稳定性分析析，编程直接接求解动力学学方程，伽辽辽金解法。●随机振动理论论：随机微分分方程的求解解，计算均方方根位移响应应，模态位移移的概率密度度函数。●结构损伤与疲疲劳理论：确定应力分布布模型及疲劳劳载荷谱，短短期响应预报报，疲劳寿命命分析。六、SPAR平台参激运运动特性及稳稳定性研究6.1深水水Spar平平台的发展第一代：经典典（CLASSIC）SPAR平台台；第二代：桁架架式(TRUSS)SPAR平台台第三代：多柱柱式（CELL）SPAR平台六、SPAR平台参激运运动特性及稳稳定性研究6.2深深水SPAR平平台的的结构构形式式主要要性能能6.2.1经典典SPAR主要运运动性性能有有主体体决定定。主主体为为直径径20-30米米、高高200米米左右右的圆圆筒。。影响响运动动的主主要参参数包包括：：重心心高、、浮心心高、、稳心心高。。由于于纵荡荡周期期很大大，一一般不不会发发生纵纵荡共共振，，但是是对于于低频频波浪浪（长长峰波波）敏敏感，，低频频波浪浪会引引起大大幅运运动。。此外外，垂垂荡和和纵摇摇耦合合运动动，发发生Mathieu失稳稳。特特点是是对于于水深深不敏敏感，，此外外主体体发生生涡激激振动动也是是要关关注的的问题题，主主体螺螺旋侧侧板可可以抑抑制涡涡激振振动发发生，，但是是螺旋旋侧板板的设设计是是需要要探讨讨的问问题。。六、SPAR平平台参参激运运动特特性及及稳定定性研研究6.2.2TrussSPAR（桁桁架式式）平平台该类型型平台台主体体尺度度为经经典平平台0.5-0.35倍倍，增增加了了立柱柱和垂垂荡板板。与与经典典平台台水动动力和和运动动方面面的区区别是是：●垂荡板板部分分增加加了垂垂荡阻阻尼，，垂荡荡运动动减小小显著著，平平台运运动稳稳定性性提高高。●由于水水下结结构为为桁架架，降降低了了流体体的拖拖曳载载荷，，主要要是洋洋流载载荷，，从而而水平平运动动可以以减小小。●垂荡板板部分分显著著增大大了附附连水水质量量，拉拉长垂垂荡运运动固固有周周期，，减少少了与与波浪浪频率率发生生共振振的可可能性性。●垂荡板板一般般都伸伸出桁桁架式式主体体的边边沿，，可以以抑制制旋涡涡的生生成，，涡激激振动动响应应减小小。●对低频频波浪浪响应应不象象经典典平台台那么么剧烈烈，所所以封封闭式式主体体排水水量允允许减减小。。六、SPAR平平台参参激运运动特特性及及稳定定性研研究6.2.3多柱式式（Cell））Spar平平台●主体上上部由由6个个圆柱柱围绕绕一个个中心心圆柱柱组成成，主主体下下部为为桁架架式结结构。。●上部各各个单单柱可可以单单独加加工、、运输输和安安装，，制造造、运运输和和安装装难度度小、、方便便。●上部多多柱部部分结结构安安装螺螺旋侧侧板，，可以以减小小涡激激振动动响应应。●垂荡板板安装装在圆圆柱腿腿上，，具有有较大大垂荡荡附加加质量量和阻阻尼，，低频频运动动小。。●主主体体上部部多柱柱结构构安装装侧板板可以以有效效降低低涡激激振动动，但但是侧侧板的的形式式和安安装方方法需需要进进一步步研究究。●施工安安装过过程运运输方方便，，可以以单柱柱运输输和安安装。。六、SPAR平平台参参激运运动特特性及及稳定定性研研究6.3深深海SPAR平平台的的参激激运动动6.3.1平平台自自身的的运动动特性性●纵荡运运动、、垂荡荡运动动、纵纵摇Spar平平台基基本的的分析析模型型为：：大尺尺度、、深吃吃水、、直立立悬浮浮且受受有系系泊约约束的的刚性性圆柱柱体，，在风风、浪浪、流流等环环境载载荷作作用下下，发发生6个自自由度度的刚刚体运运动。。由于于系泊泊索相相对于于圆柱柱体而而言，，其布布置是是对称称的，，研究究表明明，Spar平平台的的总体体运动动包括括纵荡荡运动动、垂垂荡运运动、、纵摇摇和横横摇运运动，，都发发生在在系泊泊系统统的对对称平平面内内，因因此平平台的的总体体运动动响应应主要要研究究纵荡荡运动动、垂垂荡运运动、、纵摇摇。●自由度度之间间的耦耦合关关系Spar平平台的的纵荡荡和横横荡固固有周周期一一般在在150~350s，纵纵摇和和横摇摇固有有周期期一般般在40~80s，，垂荡荡固有有周期期大约约为25~40s。。纵荡荡、纵纵摇和和垂荡荡为Spar平平台三三种最最重要要的运运动形形式，，纵荡荡与纵纵摇和和垂荡荡两个个运动动模态态固有有周期期相差差很大大，耦耦合是是弱的的，而而纵摇摇和垂垂荡两两个运运动模模态耦耦合较较强。。六、SPAR平平台参参激运运动特特性及及稳定定性研研究6.3.2威威胁平平台安安全的的共振振形式式●平台的的低频频慢漂漂共振振Spar平平台一一般可可以避避免一一阶波波浪力力引起起的纵纵荡共共振，，但在在不规规则海海浪作作用下下，二二阶波波浪力力的差差频分分量极极易引引起平平台大大幅低低频慢慢漂共共振响响应。。●和频垂垂荡共共振Spar平平台垂垂荡运运动一一般可可以避避免二二阶波波浪力力引起起的共共振，，但是是不规规则波波作用用下，，二阶阶波浪浪力的的和频频极容容易接接近平平台垂垂向振振动频频率，，导致致平台台垂向向发生生高频频弹跳跳（Springing）运运动。。●涌浪引引起的的平台台垂荡荡共振振涌浪周周期峰峰值在在25~30秒秒范围围，接接近Spar平平台的的垂荡荡固有有周期期，这这属于于长周周期涌涌浪引引起的的平台台垂荡荡共振振运动动。六、SPAR平平台参参激运运动特特性及及稳定定性研研究6.3.3SPAR平平台内内共振振及参参数激激励●平台运动的内共振-模态之间的能量传递对一般Spar平台，垂荡固有频率高于纵摇固有频率，且其一般满足频率的模态内共振关系，垂荡频率接近纵摇频率的2倍，。当波高大于临界值时，垂荡能量向纵摇传递，引起平台纵摇大幅增加。●平台参数激励运动SPAR平台垂荡固有频率和纵摇固有频率之比大约为2:1，遭受大幅波浪作用时，平台两个模态之间具有强烈的相互作用，Spar平台垂荡和纵摇运动出现运动周期和幅值调整，运动出现Mathieu失稳，平台发生参数激励运动。

●涌浪引起的平台垂荡共振涌浪周期峰值在25~30秒范围，接近Spar平台的垂荡固有周期，这属于长周期涌浪引起的平台垂荡共振运动。6.4存存在的的问题题六、SPAR平平台参参激运运动特特性及及稳定定性研研究●全张紧紧系泊泊技术术Mathieu失失稳问问题对于平平台运运动Mathieu失稳稳研究究，仅仅考虑虑半张张紧系系泊或或者悬悬链线线系泊泊，对对于全全张紧紧系泊泊系统统的失失稳机机理缺缺乏研研究，，尤其其对于于桁架架式SPAR平平台，，采用用全张张紧系系泊技技术，，这方方面缺缺乏研研究。。●桁架架式SPAR平平台的的阻尼尼特性性Spar平平台阻阻尼包包括了了主体体水动动力阻阻尼、、垂荡荡板阻阻尼、、螺旋旋侧板板阻尼尼以及及系索索阻尼尼，这这些阻阻尼计计算方方法和和对耦耦合运运动失失稳的的影响响还缺缺乏研研究。。●桁架式式SPAR平台台的参参数激激励项项的确确定平台耦耦合运运动过过程存存在参参数激激励，，如何何确定定桁架架式SPAR平平台的的参数数激励励项缺缺乏有有效方方法。。●桁架式SPAR平台的的参数运运动失稳稳的判别别方法Spar平台耦耦合运动动满足内内共振关关系时，，参数激激励临界界值的确确定，运运动失稳稳的判别别方法以以及失稳稳后平台台的动力力特性。。●系泊线对对于平台台运动的的影响全张紧系系泊系统统刚度的的确定，，阻尼确确定，运运动响应应计算分分析，给给出系泊泊线的影影响。六、SPAR平平台参激激运动特特性及稳稳定性研研究6.5研研究内内容●TrussSpar平台水水动力特特性研究究考虑全张张紧系泊泊方式，，计算非非线性系系泊刚度度，计算算平台纵纵摇恢复复力矩中中的参数数激励项项，计算算Spar平台台主体水水动力阻阻尼、阻阻尼板以以及系索索阻尼等等水动力力系数，，以及其其他动力力学参数数。●纵摇运运动失稳稳的判别别条件研研究研究平台台非线性性耦合运运动的动动力特性性。考虑虑长周期期涌浪，，研究平平台垂荡荡运动谐谐振时，，不同运运动模态态之间的的能量传传递关系系，纵摇摇运动失失稳的临临界动力力学条件件，确定定运动失失稳的参参数范围围。●内共振情情况平台台运动的的动力特特性研究究考虑平台台运动模模态之间间的内共共振，研研究长周周期涌浪浪作用下下，平台台参激运运动的多多种共振振形式包包括主共共振、亚亚谐共振振、运动动跳跃，，研究平平台不同同运动模模态之间间的能量量饱和及及能量传传递现象象，以及及分岔和和混沌行行为。●控制桁桁架式SPAR平台纵纵摇失稳稳的方法法研究研究水动动力阻尼尼、系泊泊索阻尼尼对平台台耦合运运动稳定定性的影影响。研研究控制制平台运运动失稳稳的机理理和方法法，比如如调整平平台主体体的结构构形式，，改变阻阻尼结构构形式等等。六、SPAR平平台参激激运动特特性及稳稳定性研研究6.6研研究目目标●得到TrussSpar平平台水动动力特性性参数提出平台台水动力力阻尼包包括主体体阻尼、、系泊阻阻尼及螺螺旋侧板板阻尼的的计算方方法，以以及提出出考虑瞬瞬时湿表表面积参参数激励励项的计计算方法法。●揭示平台台运动失失稳后的的动力特特性揭示平台台运动失失稳状态态，平台台非线性性运动的的动力学学特征，，包括主主共振、、亚谐共共振、运运动响应应跳跃，，对平台台失效损损坏过程程进行计计算机仿仿真。提提出平台台运动失失稳的判判别条件件。●给出垂荡荡板性能能的优化化方法综合考虑虑多种阻阻尼和非非线性系系泊刚度度，针对对TrussSpar平台台提出控控制运动动失稳的的方法，，对垂荡荡板结构构和性能能进行优优化。●编制参激激运动分分析程序序编制桁架架式SPAR平平台参激激运动分分析程序序。计算算全张紧紧桁架式式SPAR平台台的参激激运动响响应。七、海上上风力发发电浮式式基础动动力特性性研究7.1研研究背背景●我国近海海风能资资源初步估算算我国海海上风能能资源为为7.5亿千瓦瓦，为陆陆地风力力资源的的3倍。。《国家家中长期期科学和和技术发发展规划划纲要（（2006-2020年）》》将“风风能、太太阳能、、生物质质能等可可再生能能源技术术取得突突破并实实现规模模化应用用”与““沿海与与陆地风风电场和和西部风风能资源源密集区区建设技技术与装装备”列列为“重重点领域域与优先先主题””。●风电浮浮式基础础的应用用前景离海岸线线越远，，风速越越大，风风的稳定定性越好好，可以以驱动更更大容量量的风电电机，发发电效益益提高。。海洋发发电的主主要风能能资源分分布在离离海岸线线5-50公里里海域，，而该海海域水深深一般在在30米米以上，，为了适适应海洋洋更大发发电量需需求，风风电场将将选择在在30米米以上甚甚至100米以以上水深深的海域域。浮式式基础结结构海底底力矩小小，可以以降低海海底基础础结构建建造费用用，经济济性比固固定基础础好。我国西沙海面七、海上上风力发发电浮式式基础动动力特性性研究7.2海海上风风电浮式式基础的的主要形形式由浮力舱、压载舱、系泊线及锚固基础4个部分组成。通过压载舱使得整个系统的重心压低至浮心之下，保证整个风机在水中的稳定,再通过辐射式布置的悬链线来保持整个风机的位置。下部采用大抓力锚、桩基基础或者吸力式基础。吸力式基础主体为钢制圆筒，在下部舱室内填充块石压载，在中上部舱室灌水压载。Spar式基础运动性能能：Spar形式的的基础比比半潜式式基础有有着更好好的垂荡荡性能，，因为Spar形式基基础吃水水大，并并且垂向向波浪激激励力小小，垂荡荡运动小小；但是是由于Spar形式的的基础水水线面对对稳性的的贡献小小，其横横摇和纵纵摇值较较大。7.2.1SPAR型浮式式基础七、海上上风力发发电浮式式基础动动力特性性研究7.2.2半半潜式式浮式基基础半潜式基础●结构形式式主要由立立柱、横横梁、斜斜撑、压压水板、、系泊线线和锚固固基础组组成。依依靠自身身重力和和浮力的的平衡以以及悬链链线系泊泊来保证证整个风风机的稳稳定。●运动性能半潜式基础吃吃水小，在运运输和安装时时具有良好的的稳定性，相相应的费用比比Spar和和TLP型式式的基础节省省。七、海上风力力发电浮式基基础动力特性性研究TLP式基础●TLP型式基基础主要由圆柱形形的中央柱、、矩形截面的的浮筒、锚固固基础组成。。通过张力筋筋腱固定和保保持整个风机机结构的稳定定。海底采用用桩基或者吸吸力式基础，，在比较平坦坦的海底，还还可以采用混混凝土重力式式沉箱基础。。●运动性能TLP型式的的基础具有良良好的垂荡和和摇摆运动特特性。缺点是是张力系泊系系统复杂、安安装费用高，，张力筋腱张张力受海流影影响大，上部部结构和系泊泊系统的频率率耦合易发生生共振运动。。中央柱矩形截面浮筒筒7.2.3TLP型浮浮式基础七、海上风力力发电浮式基基础动力特性性研究7.2.4海面浮动结构构技术（windfloat））●结构形式

属于半潜式结构的衍生基础结构。主要由压水板、桁架结构、三个立柱、6根系泊线组成。●运动性能

压水板连接在立柱底部，提供附加质量和增加阻尼，改善平台的水动力特性。立柱顶部作为甲板使用，提供适当的作业空间，桁架上表面作为连接通道。安装闭式主动压载系统，调节压载水在立柱之间流动，保持平台的直立和稳定性，使塔柱保持直立状态。海面浮动结构七、海上风力力发电浮式基基础动力特性性研究7.3存在在的科学问题题7.3.1浮浮式基础结结构载荷及载载荷传递方式式●结构载荷（1）重力载载荷:结构构设备自重、、甲板上浪；；（2）环境境力载荷：波波浪荷载、海海流载荷、风风载荷；（3）风机运行行荷载：叶片片水平推力、、转矩、偏航航系统力；（（4）浮式基基础运动诱导导的惯性载荷荷；（5）系系泊系统的恢恢复力；（6）漂流物撞撞击、船舶碰碰撞等偶然载载荷；（7））锚固基础与与土壤之间的的相互作用力力：渗流与冲冲刷。必须准确计算算浮式基础载载荷的大小、、作用位置和和随时间的变变化规律。除除了自重以外外，这些力之之间的相互影影响，大小随随基础运动状状态、风机和和叶片转动而而变化，这是是建立分析模模型时需要考考虑的关键问问题。●载荷传递方式式七、海上风力力发电浮式基基础动力特性性研究载荷传递方式式七、海上风力力发电浮式基基础动力特性性研究7.3.2关关键科学问问题●塔柱和基础础运动的相互互影响海上风电系统统属于高耸结结构物，水平平载荷和垂向向载荷数量级级相当。水平平倾覆力矩作作用引起浮式式基础大幅摇摇摆运动甚至至倾覆，同时时基础的六个个自由度运动动又影响塔柱柱的摇摆。●气动弹性力-水动力耦合合当风速增大时时，波流也相相应增大，来来自叶片的推推力和转矩加加大，塔柱摇摇摆剧烈，同同时由于波高高增大，基础础出现大幅运运动，此时，，塔柱和基础础的相互影响响增加。●二价水动力引引起的差频运运动对于TLP型型浮式基础，，由于纵荡刚刚度小，纵荡荡运动频率远远低于垂荡运运动频率。二二阶差频波浪浪力是缓慢变变化的力，可可能和浮式基基础的水平面面内固有长周周期运动的频频率接近，诱诱发水平面内内的大幅共振振慢漂运动，，此外紊流风风的激振频率率也在该频率率范围，加剧剧浮式基础的的纵荡慢漂运运动。●二阶水动力引引起的和频运运动二阶和频波浪浪力诱发浮式式基础的大幅幅垂向弹跳振振动（Spring或者者Ringing），浮浮式基础的垂垂向振动属于于高阶模态振振动，纵摇和和纵荡属于较较低阶运动模模态，因此，，垂荡运动能能量将传递到到纵摇，导致致纵摇失稳。。七、海上风力力发电浮式基基础动力特性性研究7.4研究究内容●分析模型的建建立针对TLP型型半潜式基础础，考虑张力力筋腱系泊，，研究回复刚刚度、水动力力阻尼和系统统阻尼、整个个系统惯性矩矩阵的确定方方法，计算叶叶片和风机的的气动弹性载载荷，考虑斯斯特克斯二阶阶波计算水动动力，建立整整个浮式基础础结构系统的的分析模型。。●低频纵荡运动动分析研究气动弹性性力-水动力力耦合的非线线性方程的数数值求解方法法，考虑叶片片气动弹性载载荷频率、风风机载荷频率率、二阶水动动力载荷差频频以及浮式基基础结构系统统固有频率的的不同组合，，研究多种谐谐振形式包括括主共振、亚亚谐共振、超超谐共振，研研究平台浮式式基础的低频频慢漂响应及及运动失稳条条件。●和频垂荡与纵纵摇耦合运动动分析研究二阶水动动力和频载荷荷引起的浮式式基础的垂荡荡运动，分析析垂荡能量向向纵摇（或者者纵荡）传递递的规律，综综合考虑垂荡荡对于纵摇（（或者纵荡））影响及风载载荷联合作用用，研究浮式式基础的纵摇摇（或者纵荡荡）运动响应应和运动失稳稳临界条件。。七、海上风力力发电浮式基基础动力特性性研究●5MW风机机浮式基础基基本参数研究究浮式基础平台台的初步选定定及概念化设设计以及计算算模型的建立立，风力系统统的选择及计计算模型的建建立。包括确确定浮式基础础平台的样式式、外表面形形状、尺寸、、重量、重心心等参数；确确定风机的尺尺寸、重量、、重心等。●浮式基础运动动对塔架和叶叶片的影响研研究浮式基础的运运动对风电塔塔架的影响，，以及对风机机叶片转动的的影响，分析