蝉鸣报告（原爱报告知识星球）
近日，DNV发布了一份名为《SESAM Time-domain methods for advanced and efficient analysis of floating offshore wind turbine structures》的行业研究报告。这份报告详细介绍了三种先进的时间域分析方法，这些方法被集成在DNV Sesam软件套件中，专门针对浮式海上风力发电机组（FOWT）子结构分析所面临的挑战。报告中的方法能够准确预测风浪引起的耦合响应，对海上风力发电机组的安全和高效设计至关重要。报告中不仅包含了这些方法的详细理论基础和实现细节，还通过实际案例——EMULF Delta浮体模型，对比了这三种方法的准确性和计算效率，提供了丰富的技术细节和分析结果。这份报告是海上风电行业设计和评估领域的重要参考资料，对于工程技术人员和研究人员来说，其中包含了大量有价值的信息和深刻的行业洞察。
在快速发展的海上风力发电领域，浮式海上风力发电机组（FOWT）的设计和强度评估越来越依赖于计算机模拟。这些模拟需要高计算效率、高稳定性和高准确性，以确保风力发电机组的安全性和设计效率。本文将探讨DNV Sesam软件套件中实现的三种先进的时域分析方法，这些方法专门针对FOWT子结构分析的独特挑战而设计。
首先，我们来谈谈Direct Load Generation方法，这是一种时间步进方法，它计算结构上的水动力压力场，然后执行动态或准静态时域结构分析。这种方法能够考虑非线性水动力效应，例如随子结构即时位置更新的波浪场和网格；在每个时间步长上，对确切湿润表面进行Froude-Krylov和静水压力的积分；非线性波浪模型。然而，这种方法的计算成本和存储需求可能很大，特别是对于长时间模拟和具有大量元素的模型。
接下来是Load Reconstruction方法，它依赖于将水动力压力场分解为辐射压力场（由浮体运动引起）和衍射压力场（由入射波引起）。这种方法通过将预计算的传递函数应用于耦合分析中获得的浮体运动和波浪数据，重建详细的水动力压力场。这种方法在考虑线性水动力压力效应时最为高效，但也支持由于低频漂移运动引起的非线性的包含。
最后是Response Reconstruction方法，它通过直接从预计算的传递函数重建准静态结构响应，消除了显式计算载荷和经典有限元分析的需要。这种方法在预测准静态结构响应时具有高计算效率和准确性，因此建议用于结构动态效应可以忽略的载荷下的结构。对于动态敏感结构，Load Reconstruction是首选方法，它在这种情况下几乎与Direct Load Generation方法给出相同的结果，但计算成本显著降低。
在比较这三种方法时，我们使用了EMULF Delta浮体模型，这是一个15MW的理论设计，作为EMULF（超大型浮式风力结构的高效方法）研究项目的一部分。该模型是一个三角形半潜式钢浮体，风力发电机塔位于上风柱的顶部。我们比较了三种方法的准确性，使用元素应力时间历史作为比较的基础，并计算了FLS损伤。
结果显示，线性水动力被认为是有效的。所有方法都支持包含非线性Morison负载，但在呈现的分析中没有考虑这些负载。这些方法被应用于标准载荷情况，包括一个模拟的涡轮故障的瞬态载荷情况。极端情况（如船只撞击）需要非线性有限元结构分析，这些情况没有被考虑。
在实际应用中，我们发现Load Reconstruction方法提供了与Direct Load Generation方法几乎相同的载荷，但计算成本显著降低，使其成为评估动态敏感结构的实用替代方法。Response Reconstruction方法为非动态敏感结构提供了与直接分析几乎相同的应力历史，并且计算效率更高。
通过这项研究，我们可以得出结论，虽然不同方法的结果存在一些差异，但它们通常为具有显著损伤的元素提供了相似的疲劳损伤估计。这表明方法的选择可能对所有应用来说并不关键，但了解每种方法的局限性和假设是很重要的。
对于那些非线性水动力压力效应重要的结构，必须使用Direct Load Generation方法。它也可以作为其他方法结果比较的基准。Response Reconstruction方法在计算效率上具有显著优势，但在动态敏感结构的分析中可能不适用。
这篇文章的灵感来自于DNV的研究报告《时域方法在先进高效分析浮式海上风力发电机组结构中的应用》。除了这份报告，还有一些同类型的报告也非常有价值，推荐阅读，这些报告我们都收录在同名星球，可以自行获取。
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