Dynamic Simulation on Collision Between Ship and Offshore Wind Turbine

Tr a n s . T i a n j i n Un i v . 2 0 1 4, 2 0: 0 0 1— 0 0 6 DOl 1 0. 1 0 0 7/ s l 2 2 0 9— 0 1 4— 2 1 3 3 . x

Dy na mi c S i m u l a t i o n o n Co l l i s i o n Be t we e n Sh i p a n d Of f s h o r e Wi nd Tu r b i n e Di n g H o n g y a n (丁红岩 )’一，Z, h u Qi (朱奇),Z h a n g P u y a n g (张浦阳) ,。

( 1 . S t a t e Ke y L a b o r a t o r y o f H y d r a u l i c E n g i n e e r i n g S i mu l a t i o n a n d S a f e t y, T i a n j i n U n i v e r s i t y, T i a n j i n 3 0 0 0 7 2, C h i n a; 2 . S c h o o l o f C i v i l E n g i n e e r i n g, T i a n j i n U n i v e r s i t y, T i a n j i n 3 0 0 0 7 2, C h i n a; 3 . Ke y L a b o r a t o y r o f C o a s t C i v i l S t r u c t u r e S a f e y( t T i a n j i n Un i v e r s i y) t, Mi n i s t y r o f E d u c a t i o n, T i a n j i n 3 0 0 0 7 2, C h i n a ) ◎T i a n j i n U n i v e r s i t y a n d S p r i n g e r— Ve r l a g Be r l i n He i d e l b e r g 2 0 1 4

Ab s t r a c t:B y u s i n g AB AQ US/ E x p 1 i c i t, t h e d y n a mi c p r o c e s s o f a n o f f s h o r e wi n d t u r b i n e ( OWT )s t r i c k e n b y a s h i p o f 5 0 0 0 DW T i n t h e ro f n t d i r e c t i o n i s s i mu l a t e d . Th e OW T i s l o c a t e d o n a l a r g e . s c a l e p r e s t r e s s i n g b u c k e t

f o u n d a t i o n c o n s t r u c t e d b y a n i n t e g r a t e d i n s t a l l a t i o n t e c h n i q u e . Ac c o r d i n g t o t h e s i mu l a t i o n r e s u l t s, u n d e r t h e s h i p c o l l i s i o n, a c e r . t a i n r a n g e o f p l a s t i c z o n e a p p e a r s wi t h i n a l o c a l a r e a o f a r c t r a n s i t i o n s t uc r t ur e o f t h e b u c k e t f o u n d a t i o n, a n d t h e c o n—

c r e t e p l a s t i c z o n e i s s e r i o u s l y d a ma g e d. As t h e s t r e s s l e v e l o f OW T t o we r i s r e l a t i v e l y l o w. t h e OW T t o we r i s l e s s a f - f e c t e d . A g r e a t i n e r t i a l f o r c e i s g e n e r a t e d a t t h e t o p o f t h e OW T t o we r a s t h e ma s s o f n a c e l l e a n d b l a d e s i s u p t o 4 0 0 t . Th e d i s p l a c e me n t o f t h e t o we r i s i n t h e o p p o s i t e d i r e c t i o n o f t h e s h i p c o l l i s i o n a t t h e e n d o f 1 s u n d e r t h e a c t i o n o f i n e r— t i a l f o r c e .T h e r e i s o n l y a mi n o r d a ma g e i n t h e s h i p b o w. M os t o f t h e k i ne t i c e n e r g y i s t r a n s . f o r me d i n t o t h e p l a s t i c d i s s i p a t i o n a n d a b s o r b e d

b y t h e a r c t r a n s i t i o n s t uc r t u r e o f b u c k e t f o u n d a t i o n .

Ke y wo r d s:o f f s h o r e wi n d t u r b i n e;l a r g e - s c a l e p r e s t r e s s i n g b u c k e t f o u n d a t i o n;s h i p c o l l i s i o n;AB AQUS/ E x p l i c i t; c o n c r e t e d a ma g e d p l a s t i c i t y

h e a n t i— c o l l i s i o n c h a r a c t e r i s t i c s o f OW T s c u r r e n t l y . Ge n— No wa d a y s t h e s i t e s o f o f f s h o r e wi n d t u r b i n e( O WT ) t a r e e xt e nd e d t o d e e p— s e a a r e a s[ , s o mo r e a nd mor e e r a l l y, i t i s r e q ui r e d i n ma r i n e e ng i n e e r i n g t h a t t he ma r i ne ,

t r u c t u r e s s h o u l d b e a b l e t o r e s i s t s t r i k i n g b y a 5 0 0 0 DW T OW Ts ma y b e c o n s t r u c t e d n e a r t h e ma r i n e c h a n n e l s . As s a r e s u l t, t h e r i s k o f OW Ts’ b e i n g s t r i k e n b y s h i p s ma y b e s h i p a t a s p e e d o f 2 r n/ s[ , 们 I n t hi s p a pe r,t he d y na mi c .

t r i g g e r e d . F l o r i a n a n d E i k e L c a ri e d o u t n u me r i c a 1 t e s t s pr oc e s s o f a n OW T s t r i c ke n b y a s h i p o f 50 0 0 DW T i n t he o n c o l l i s i o n b e t we e n s h i p

s a n d OW Ts i n o r d e r t o d e t e r— f ro n t d i r e c t i o n wa s s i mu l a t e d u s i n g a n o n l i n e a r F EM mi n e t he wo r s t c a s e s a nd g i v e s u gg e s t i on s t o i mp r o v e d i f f - e r e n t s u pp o r t s t uc r t ur e s Of OW T. Li P f al L斗 s i mul a t e d t he d yn a mi c pr oc e s s e s o f a n 0W T s t r i c k e n b y a s h i p a t

c o d e A BA QUS/ E x p l i c i t ¨ .

1 No n l i n e a r n u me r i c a l s i mu l a t i o n

d i f _ f e r e n t s p e e d s u s i n g i f n i t e e l e me n t me t h o d( F E M )c o d e MS C. Dy t r a n .Re n a n d Ou t 5, 6 J c a r r i e d o u t d y n a mi c n u— me r i c a l s i mu l a t i o n s a n d p r o po s e d a c r a s h wo r t h y d e vi c e

1 . 1 A B AQUS/ E x p l i c i t T h e e x p l i c i t d y n a mi c s a n a l y s i s i n AB A QUS/ E x p l i c i t t i o n ul r e t o g e t h e r wi t h t h e u s e o f d i a g o n a l o r“ l u mp e d”

t o p r o t e c t OW Ts f r o m b e i n g s t r i c k e n b y s h i p s .

Th i s pa pe r f oc us e s o n a p r o t o t y pe OW T c o ns t uc r t e d i s ba s e d u po n t h e i mpl e me n t a t i o n of a n e x pl i c i t i nt e g r a—

b y a n i n t e g r a t e d i n s t a l l a t i o n

t e c h n i q u e, wh i c h w a s j o i n t l y l e me nt ma s s ma t r i c e s .No n l i n e a r e x pl i c i t d y na mi c FEM d e v e l o p e d b y T i a n j i n Un i v e r s i t y a n d J i a n g s u Da o d a Ma— e a n g s u P r o v i n c e i n Oc t o b e r . 2 0 1 0 . T h e c o r e o f t h i s i n t e— g r a t e d i n s t a l l a t i on t e c h ni q u e wa s t he l a r ge— s c a l e p r e s t r e s s i ng bu c k e t f o u nd a t i o n L ’ .

s wi d e l y u s e d i n t h e r e s e a r c h o n t h e c o l l i s i o n b e t we e n r i n e H e a v y I n d u s t r y C o ., L t d, i n Qi d o n g S e a A r e a o f J i - i s hi p s a nd o f f s h o r e s t uc r t ur e s l J 1 o J .

Th e i n t e r a c t i on b e t we e n s hi p a n d OW T i s pe r f o l r me d us i n g c o n t a c t p a i r s t e c h n i q ue,whi c h a l l o ws t h e s u r f a c e s

t wo s e pa r a t e a n d d i s t i n c t b od i e s t o c o me i n c o nt a c t bu t Th e r e a r e n o s p e c i a l c o d e s o r s t a n d a r d s d e a l i n g wi t h of

Ac c e pt e d d a t e: 2 01 3 . O 4— 0 1 .

S u p p o r t e d b y t h e Na t i o n a l H i g h T e c h n o l o g y Re s e a r c h a n d D e v e l o p me n t P r o g r a m o f C h i n a(“ 8 6 3”P r o g r a

m, No . 2 0 1 2 A A0 5 1 7 0 5 ), Na t i o n a l Na t u r a l S c i e n c e F o u n d a t i o n o f C h i n a( N o .5 1 1 0 9 1 6 0 )a n d I n t e r n a t i o n a l S c i e n c e a n d T e c h n o l o g y Co o p e r a t i o n P r o g r a m o f C h i n a ( 2 0 1 2 DF A7 0 4 9 0 ) . Di n g Ho n g y a n, b o r n i n 1 9 6 3 . ma l e . Dr, P r o i f Co r r e s po n d e n c e t o Zh a n g Pu y a n g, E- ma i l: z p yt d ( 1 6 3 . c o m. _

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