考虑系缆拉伸-弯曲-扭转变形的浮式风力机动力响应研究

考虑系泊系统拉伸-弯曲-扭转变形产生的非线性系泊力，研究海上浮式风力机系统的动力响应。考虑系缆非线性几何变形，建立系泊系统拉伸-弯曲-扭转变形的动力学分析模型。建模过程中，采用了四元数方法进行局部坐标系与全局坐标系之间的旋转，避免了旋转过程中奇点的产生。综合考虑系缆非线性系泊力、水动力、空气动力及风力机结构系统，建立了系统动力学分析模型，开发了考虑系泊系统非线性系泊力的系统动力响应计算程序。针对OC3 Hywind Spar型5 MW浮式风力机，分析额定作业海况与极限海况下风力机系统的动力响应，并将结果与系泊系统采用准静态悬链线方法的模拟结果进行了对比。结果表明，考虑拉伸-弯曲-扭转变形效应后，系泊缆张力的波频响应被放大，同时还出现了多个高频峰值，将对系泊缆的疲劳寿命计算产生影响。