基于動(dòng)力特性的海上單立柱三樁風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及綜合評(píng)價(jià)

【摘要】：風(fēng)能相比其他能源最大的優(yōu)點(diǎn)就是綠色無污染,作為一種清潔能源具有廣闊的大規(guī)模開發(fā)和商業(yè)化發(fā)展前景。而海洋占了地球總表面積七成以上,在海上建造風(fēng)電場(chǎng)不僅空間廣闊,而且風(fēng)力和風(fēng)能密度都較大,且高效、穩(wěn)定,因此有著更加巨大的發(fā)展?jié)摿Α：Ｉ巷L(fēng)力發(fā)電技術(shù)是一項(xiàng)綜合性的技術(shù),涉及多種領(lǐng)域的多個(gè)學(xué)科。從小功率風(fēng)機(jī)到大功率風(fēng)機(jī)以及從淺水到深水都是經(jīng)濟(jì)獲能的關(guān)鍵。海上風(fēng)能開發(fā)的主要技術(shù)之一就是構(gòu)建適應(yīng)海上風(fēng)機(jī)發(fā)展趨勢(shì)的支撐結(jié)構(gòu),降低成本和提高可靠性是發(fā)展和研究的關(guān)鍵問題所在。本文針對(duì)固定式海上風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)的工程特點(diǎn),在國內(nèi)外有關(guān)研究成果的基礎(chǔ)上對(duì)有關(guān)海上風(fēng)電單立柱三樁支撐結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性和優(yōu)化技術(shù)等問題進(jìn)行了較為深入的研究。單立柱三樁結(jié)構(gòu)的剛度大于單立柱結(jié)構(gòu),相比于單立柱結(jié)構(gòu),三樁結(jié)構(gòu)可有效降低樁的直徑,減小施工的難度,更有利于結(jié)構(gòu)的穩(wěn)定和抗疲勞特性,更加適合我國施工設(shè)備的施工能力。因此可適用于更深的水域,具體研究內(nèi)容如下：●基于ANSYS大型有限元程序,使用參數(shù)化的語言開發(fā)了海上風(fēng)機(jī)下部單立三樁支撐結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)仿真平臺(tái),構(gòu)建了海上風(fēng)電單立柱三樁式支撐結(jié)構(gòu)以主要?jiǎng)恿W(xué)參數(shù)表述的有限元模型。剛?cè)嵝越Y(jié)構(gòu)方案支撐結(jié)構(gòu)的力學(xué)性能有很大改善,即結(jié)構(gòu)應(yīng)力和變形都相對(duì)柔性方案有大幅的下降,而結(jié)構(gòu)材料用量相差不明顯。相比較而言,柔性結(jié)構(gòu)變形較大,安全儲(chǔ)備小,剛性結(jié)構(gòu)方案不經(jīng)濟(jì)。并通過優(yōu)化數(shù)值算例給出輪轂高度為100m的5MW風(fēng)機(jī)單立柱三樁支撐結(jié)構(gòu)對(duì)不同水深(10m-50m)的適應(yīng)程度?！褫嗇灨叨葹?00m的5.0MW OWT單立柱三樁支撐結(jié)構(gòu)對(duì)不同水深有良好的適用性。然而由于社會(huì)經(jīng)濟(jì)及生物物理系統(tǒng)的復(fù)雜性,經(jīng)濟(jì)或者環(huán)境的選擇并不一定是最好的。因此,在決策過程中,應(yīng)用多目標(biāo)決策分析方法來同時(shí)考慮相互沖突的屬性,并且提供最好的選擇方案。并且將TOPSIS方法應(yīng)用于海上固定式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)的綜合決策。同時(shí)考慮了工程與環(huán)境準(zhǔn)則,提供一種更好的評(píng)估不同支撐結(jié)構(gòu)選擇的客觀方法?！裢ㄟ^算例將單立柱、格構(gòu)式與單立柱三樁三種支撐結(jié)構(gòu)體系的性能優(yōu)化對(duì)比分析,建立風(fēng)機(jī)動(dòng)力特性和結(jié)構(gòu)主尺度之間的關(guān)系：結(jié)合多準(zhǔn)則評(píng)價(jià)中接近理想方案的序數(shù)偏好方法-TOPSIS推演優(yōu)化,將結(jié)構(gòu)安全屬性、經(jīng)濟(jì)屬性和環(huán)境屬性與風(fēng)機(jī)所處水深的內(nèi)在聯(lián)系進(jìn)行評(píng)估。 【關(guān)鍵詞】：海上風(fēng)機(jī) 支撐結(jié)構(gòu) 動(dòng)力特性 ANSYS軟件 優(yōu)化技術(shù) TOPSIS綜合決策
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM614
【目錄】：

• 摘要5-7
• Abstract7-11
• 1 緒論11-20
• 1.1 研究背景和意義11-14
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀14-18
• 1.2.1 海上風(fēng)力發(fā)電支撐結(jié)構(gòu)14-16
• 1.2.2 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)16-17
• 1.2.3 多目標(biāo)決策理論、方法17-18
• 1.3 主要研究工作及范圍18
• 1.4 論文創(chuàng)新點(diǎn)18-20
• 2 基礎(chǔ)理論20-26
• 2.1 有限分析方法20-21
• 2.2 優(yōu)化理論21-23
• 2.3 多準(zhǔn)則決策方法23-24
• 2.4 本章小結(jié)24-26
• 3 基于動(dòng)力特性的海上單立柱三樁風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)26-40
• 3.1 結(jié)構(gòu)特點(diǎn)26-27
• 3.2 動(dòng)力特性27-28
• 3.3 優(yōu)化設(shè)計(jì)技術(shù)28-30
• 3.3.1 設(shè)計(jì)參量29-30
• 3.3.2 狀態(tài)變量30
• 3.3.3 目標(biāo)函數(shù)30
• 3.4 優(yōu)化算例30-38
• 3.4.1 塔架參數(shù)固定32-35
• 3.4.2 塔架參與優(yōu)化35-38
• 3.5 本章小結(jié)38-40
• 4 固定式海上風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)綜合決策40-48
• 4.1 評(píng)估準(zhǔn)則確定-TOPSIS40-42
• 4.2 單立柱三樁支撐結(jié)構(gòu)綜合評(píng)估算例42-44
• 4.3 現(xiàn)有典型固定式風(fēng)電平臺(tái)結(jié)構(gòu)方案綜合決策算例44-46
• 4.4 本章小結(jié)46-48
• 5 優(yōu)化軟件程序界面設(shè)計(jì)48-53
• 5.1 模型自動(dòng)生成模塊48-49
• 5.2 靜力分析模塊49
• 5.3 動(dòng)力特性分析模塊49-50
• 5.4 優(yōu)化仿真分析模塊50-51
• 5.5 本章小結(jié)51-53
• 6 研究結(jié)論與展望53-55
• 參考文獻(xiàn)55-58
• 致謝58-59
• 個(gè)人簡歷59
• 發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及學(xué)術(shù)成果59

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