本期新文速递是2024年第9期。本期的主题是浮式风机、抗震设计与可靠性设计优化，简要介绍和讨论六篇期刊论文。第一篇文章提出了一种创新且高效的时变可靠性设计优化问题求解框架，通过数值算例和工程应用，验证了所提求解框架的高效计算性能；第二篇文章提出了一种基于投资组合分配策略的混合可靠性设计优化方法，并将其应用于典型海上风力发电机组支撑结构的设计优化。第三篇文章考虑Coriolis力，提出了一种用于偏航风机解析尾流的新模型；第四篇文章深入探究了半潜式浮式海上风机在正常和极端环境条件下系泊缆失效对平台响应、系泊缆张力和塔架响应的影响。第五、六篇文章采用增量动力分析方法对框架-核心筒结构的抗震性能进行了研究，并根据分析结果给出了设计阶段各构件侧向刚度的合理分配方式。其中，第五篇文章针对钢管混凝土框架-钢筋混凝土核心筒结构提出了一种改进的抗震设计方法；第六篇文章根据支撑巨型框架-核心筒结构的抗倒塌性能分析结果给出了相应的抗震设计建议。
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—— 第1篇 ——
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https://doi.org/10.1016/j.cma.2023.116475
时变可靠性设计优化求解的新框架
时变可靠性设计优化(Time-dependent reliability-based design
optimization, TRBDO)因其能考虑随机过程和材料性能退化引起的动力不确定性，近年来引起了广泛关注。然而，现有的时变可靠性设计优化方法普遍过于复杂，难以满足实际工程应用的需要。此外，复杂时变可靠性设计优化问题的高计算成本进一步阻碍了其实用性。为提升求解时变可靠性设计优化问题的计算效率，促进问题的顺利求解，提出一种高效的求解新框架。该策略将每个概率约束中的时变功能函数离散化为一系列瞬时功能函数，从而将原时变可靠性设计优化问题转化为时不变可靠性设计优化问题。在极值条件下，考虑转换后的可靠性设计优化问题中各概率约束的可靠性。利用一阶可靠性方法，将时变可靠性设计优化问题转化为两个不同的三循环时不变可靠性设计优化问题。然而，三循环结构和极值条件下的时间变量识别等问题仍然存在计算量大的问题。针对这一问题，采用一种解耦策略，将三循环结构分解为一系列双循环可靠性分析和确定性优化的循环。通过两个数值算例和三个工程应用，验证了所提求解框架的高效计算性能。结果表明，所提框架能够以较快收敛速度获得可靠的优化设计。关键词：时变不确定性，可靠性设计优化，一阶可靠性方法，三循环结构解耦策略
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图：时变可靠性设计优化的双循环嵌套结构原理图
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图：实施所提求解方案的流程图
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图：悬臂梁随机过程展开的二十个样本
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—— 第2篇 ——
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https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2024.116842
基于投资组合分配策略的Kriging模型辅助海上风机支架结构混合可靠性设计优化
近年来，海上风力发电技术在世界范围内发展迅速，为可再生能源的进一步发展做出了重要贡献。在设计海上风机(OWT)系统时，需要考虑参数的不确定性和不同类型的约束来寻找系统的最优设计。因此，通常采用可靠性设计优化(reliability
- based Design Optimization, RBDO)方法来保证设计方案的稳定性和可靠性。然而，考虑混合不确定性的可靠性设计优化问题计算量巨大。Kriging模型是一种广泛使用的近似技术，用于降低可靠性设计优化算法的计算成本。然而，为复杂工程系统建立足够精确的Kriging模型往往需要更多样本数据和更耗时的性能评估。针对该问题，提出了一种基于投资组合分配策略的混合可靠性设计优化方法。在保证Kriging模型精度的基础上，该方法比之前使用相同学习函数迭代建立Kriging模型的方法所需迭代次数更少，可以在较短时间内完成系统的优化设计。这降低了海上风机设计过程的时间、人力和材料成本，具有很大应用潜力。通过两个数值算例和两个工程算例验证了该方法的精度。将所提方法应用于典型海上风机支撑结构的设计优化中，展示了该方法的可行性和优越性。关键词：可再生能源，海上风机，可靠性设计优化，投资组合分配
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图：投资组合分配策略算法流程图
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图：海上风机原理图
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图：优化的收敛过程
(a)确定性优化模型；(b)所提方法模型
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—— 第3篇 ——
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https://doi.org/10.1016/j.jweia.2024.105767
一种考虑Coriolis力和偏航条件影响的新型风机尾流解析模型
风机尾流对发电量有显著影响，并会对下游风机施加更高荷载。因此，开发精确且高效的尾流模型对于优化风电场布局和预测风机性能至关重要。本研究介绍了一种用于偏航风机的解析尾流新模型，该模型考虑了Coriolis力的影响。远尾区的尾流偏移是通过应用质量和动量守恒原理推导出来的。在近尾区，假设尾流偏移与距离成线性关系。假定风机尾流中的速度亏损呈Gauss分布。本文提出了两种方法来估算远尾区的起始位置。第一种方法使用简化的经验公式，第二种方法则采用迭代方法。所提解析尾流模型已通过计算流体力学（CFD）结果验证。随后，系统研究了多个重要参数对尾流偏移的影响。总体而言，模拟结果显示，该模型与计算流体力学结果非常一致。此外，研究得出结论，Coriolis力可以对尾流偏移产生显著影响，特别是在远尾区，这一结论验证了先前的数值模拟结果。由于其简单和计算高效，该模型可广泛应用于风电场布局优化、控制和风险评估等多个领域。关键词：风机尾流，尾流偏移，解析模型，Coriolis力，偏航条件
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图：尾流偏转示意图
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图：风机轮毂高度处的标准化水平平均风速轮廓
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图：考虑和不考虑Coriolis力的尾流偏移预测结果
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—— 第4篇 ——
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https://doi.org/10.1016/j.oceaneng.2024.117907
半潜式浮式海上风机在正常和极端环境条件下系泊缆失效的动力响应分析
浮式海上风机（FOWTs）在利用风能和实现清洁能源目标方面提供了重要机遇。本文研究了半潜式浮式海上风机在正常和极端环境条件下系泊缆失效的影响。研究以OC4 DeepCwind型半潜式平台与NREL 5 MW风机为对象，分析其在系泊缆完好和失效情况下的行为。研究涵盖了各种环境条件、风机运行条件和系泊缆失效场景。本文探讨了系泊缆失效对平台响应、系泊缆缆绳张力和塔架响应的影响。结果显示，风机运行状态下迎风侧系泊缆失效会导致平台纵荡、垂荡、纵摇响应、塔架前后位移、X方向基底剪力和Y方向基底弯矩增大。相应地，相同环境下背风侧系泊缆失效会导致平台横荡、横摇、艏摇响应、塔架侧向位移、Y方向基底剪力和X方向基底弯矩增大。另一方面，风机停机状态下迎风侧系泊缆失效对平台的六个自由度响应都有显著影响。在风机运行和停机状态下，即使发生系泊缆失效，其余系泊缆中观测到的最大缆绳张力仍低于系泊缆的破断强度。同时发现，当采用极端湍流风模型时，平台响应（不包括垂荡）、塔架响应和系泊缆缆绳张力的数值更大。在恶劣海况条件下，平台纵荡、垂荡、纵摇响应、最大缆绳张力、塔架前后位移和塔架基底在Y方向的弯矩值均较高。关键词：浮式海上风机，耦合分析，系泊缆失效，运行条件，停机状态，极端环境
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图: 不同环境条件、运行条件和系泊缆失效场景的示意图
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图: 逆风和顺风侧系泊缆失效后的平衡位置
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图：极端海况（50年一遇）下系泊缆张力在缆索完好和失效时的变化曲线
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—— 第5篇 ——
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https://doi.org/10.1016/j.istruc.2023.06.126
基于倒塌风险目标的钢管混凝土框架-钢筋混凝土核心筒结构抗震设计
由于较高抗压强度、良好延性以及便于施工等特点，钢管混凝土（CFST）框架-钢筋混凝土（RC）核心筒混合结构在高层建筑中获得了广泛应用。在竖向承载力相同情况下，钢管混凝土框架的截面尺寸和抗弯刚度均小于钢筋混凝土框架。同时，由于每根构件所承担地震作用根据其刚度大小进行分配，钢管混凝土框架较小的刚度也使其分配到的地震作用较小，这可能会导致钢管混凝土框架无法满足双重抗侧力体系中框架部分的最小承载力需求。如果按照适用于钢筋混凝土框架-核心筒结构的双重抗侧力体系对钢管混凝土框架-核心筒结构进行抗震设计，则需要强行增加框架部分承担的地震作用，这将导致材料的严重损耗以及建筑可用空间的显著减少。本文采用不同方法对钢管混凝土框架-钢筋混凝土核心筒结构进行抗震设计，通过基于增量动力分析（IDA）的易损性分析来对比结构性能，并以此提出了一种基于倒塌风险目标的抗震设计改进方法。研究结果表明，按照所提方法设计的结构具有较好抗倒塌性能、较低倒塌风险以及较少材料损耗，可为钢管混凝土框架-钢筋混凝土核心筒混合结构的抗震设计提供参考。关键词：钢管混凝土框架-钢筋混凝土核心筒结构，第二道抗震防线，增量动力分析，易损性分析，抗倒塌安全储备系数
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图：钢管混凝土框架-钢筋混凝土核心筒结构
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图：两类抗震设计状态下各模型的地震易损性曲线
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图：两类抗震设计状态下各模型的抗倒塌安全储备系数
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—— 第6篇 ——
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https://doi.org/10.1016/j.soildyn.2023.108409
超高层支撑巨型框架-核心筒结构系统的抗震性能及倒塌风险研究
支撑巨型框架-核心筒（BMFCT）结构可为高层或超高层建筑（尤其是建筑高度超过500
m的建筑）提供有效的抗侧力系统。作为双重抗侧力体系，支撑巨型框架-核心筒结构主要由外部支撑巨型框架和内部核心筒组成，但其抗震性能和设计方法尚不明确。为此，本文进行了基于倒塌风险为目标的参数化研究，阐明了支撑巨型框架-核心筒结构的抗震机制和抗震性能，并明确了合理的刚度分配制度和耗能构件的设置方法。通过改变巨型支撑刚度比和框架-核心筒部分刚度比，设计了五个支撑巨型框架-核心筒模型进行对比分析，同时还引入了一种高效弹塑性建模方法来建立精确有限元模型，其倒塌风险由增量动力分析和易损性理论进行计算获得。结果表明，随框架-核心筒部分刚度比增加，结构倒塌风险也会提高。因此，应当提高框架部分刚度和承载力以保证整体结构具备足够的倒塌裕度，这也表明结构的抗倒塌能力会随巨型框架刚度增大而减小。故而应当要求巨型框架的刚度占比满足基本侧向刚度要求，即其刚度不应超过整体结构刚度的35%。此外，本文还说明了耗能构件的分布特征及其理想的排布方式，并针对支撑巨型框架-核心筒结构提出了基于一致倒塌风险的抗震设计建议，可为超高层建筑结构设计提供一定参考价值。关键词：支撑巨型框架-核心筒结构，超高层建筑，巨型支撑，易损性分析，倒塌风险
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图：支撑巨型框架-核心筒结构的构件布置及有限元模型
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图：埃尔森特罗地震波作用下结构能量分布的时程曲线
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图：M3-M5模型巨型支撑的耗能分布
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