带阻尼板海洋浮体的频域运动与载荷分析方法研究及应用
摘要
当今世界正处在能源转型的关键期，发展清洁能源已成为国际上的普遍共识。能源
行业正加速向低碳、零碳方向发展演进，可再生能源将逐步成长为支撑社会发展的主要
能源之一。在清洁能源的发展方向中，海上风电作为重要的发展方向，将在未来能源结
构中占有重要地位。本文基于OC5项目的浮式风机浮体平台，探讨了结构物在海洋环
境下的动态波频响应研究，特别关注粘性载荷对风机响应的影响。
为提高海上结构物的运动性能，阻尼板被广泛应用于这类海洋浮体结构中。阻尼板
的存在可以增加结构物的固有周期，将共振频率转移到波频范围之外。此外，阻尼板还
利用尖角容易使流体发生流动分离的特性，获得额外的形状阻尼，这部分粘性阻尼的存
在使结构物在共振频率附近的运动被抑制，减小了动态载荷，显著提高了海上浮体平台
在恶劣海况下的使用寿命和可靠性。
在对浮体结构进行运动响应分析时，频域方法是最常用的方法，尤其是在早期设计
阶段。然而，在使用频域方法解决工程问题时，需要添加适当的Morison单元，并对
Morison公式中的拖曳力项进行线性化，以考虑粘性效应。本研究旨在提供一种实用而
准确的频域水动力分析方法，以更准确地获得浮体结构在波浪中的响应情况。
本文比较了两种不同的Morison单元配置方法，第一种将整个阻尼板视为一个整体
放置Morison单元，第二种方法将Morison单元放置于阻尼板不同部位拖曳力载荷的“作
用点”上。其中，第二种配置将阻尼板分为底部法兰部分和中央底板部分。计算流体动
力学（CFD）分析方法被用来获取拖曳力载荷系数和Keulegan-Carpenter(KC)数的拟
C
d
合函数，并确定拖曳力载荷的“作用点”的位置，辅助设置Morison单元。研究结果表
明，将势流理论与Morison公式相结合的混合方法能够令人满意地预测浮体结构在波浪
中的运动和结构载荷。此外，在研究连接在中央底板的底部法兰根部的结构载荷时，需
要考虑等效力的“作用点”，并且在恶劣的海况条件下，粘性的作用将会变得越发重要。
本研究的内容对于在工程中使用混合方法解决根部的根部载荷具有指导意义。同时，研
究还表明，在“作用点”处设置Morison单元可以改善共振时的运动响应以及对结构载
荷的预测。然而，通过对CFD的结果进行分析，还发现了现有的Morison拖曳力公式无
法对不可忽略的二阶结构载荷进行考虑，这表明需要替代的经验公式，或者在极端的波
浪条件下应采用CFD进行分析。
哈尔滨工程大学硕士学位论文
关键词：频域运动分析；混合方法；粘性载荷；CFD数值模拟；阻尼板；
带阻尼板海洋浮体的频域运动与载荷分析方法研究及应用
Abstract
Theworldiscurrentlyatacriticaljunctureinitsenergytransition,andthedevelopment
ofcleanenergyisawidelysharedconsensusintheinternationalcommunity.Withtheacceler-
ationofenergydevelopmenttowardslow-carbonandzero-carbondirections,renewableenergy
willgraduallybecometheprimarysourceofenergysupportingsocialdevelopment.Amongthe
variousrenewableenergysources,offshorewindpowerplaysanindispensableroleinthede-
velopmentofwindpowerandoccupi