海上風(fēng)電浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及整體強(qiáng)度分析

【摘要】：近年來，隨著國家新能源戰(zhàn)略的提出，海上風(fēng)電技術(shù)發(fā)展迅猛。適應(yīng)近海風(fēng)力發(fā)電需求的浮式基礎(chǔ)一經(jīng)提出，便得到世界各國的重視而投入大量人力和物力展開研究。浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)存在的技術(shù)問題十分復(fù)雜，包括結(jié)構(gòu)計(jì)算建模、載荷計(jì)算、結(jié)構(gòu)強(qiáng)度及耐久性分析等，目前缺乏有效的計(jì)算方法。本文基于半潛式浮式基礎(chǔ)的選型，進(jìn)行結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，研究建模和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度計(jì)算方法，對(duì)于推動(dòng)我國近海風(fēng)電浮式基礎(chǔ)技術(shù)的進(jìn)步，提升浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)分析方法理論與技術(shù)水平，促進(jìn)我國風(fēng)電浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的應(yīng)用，具有重要理論與工程意義。 本文對(duì)目前國內(nèi)外海上風(fēng)電浮式基礎(chǔ)的研究進(jìn)展進(jìn)行了概述，并對(duì)波浪載荷、流載荷、風(fēng)載荷及空氣動(dòng)力載荷計(jì)算的理論進(jìn)行了介紹。參考美國可再生能源實(shí)驗(yàn)室提供的5MW水平軸風(fēng)機(jī)的基本資料，根據(jù)DNV規(guī)范，采用載荷與抗力分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)法對(duì)半潛式風(fēng)電浮式基礎(chǔ)立柱板厚和骨材截面模數(shù)進(jìn)行了設(shè)計(jì)。 SESAM是專業(yè)的海洋結(jié)構(gòu)物強(qiáng)度和水動(dòng)力分析軟件，適合用于設(shè)計(jì)和分析各種海洋結(jié)構(gòu)物。本文利用SASAM/GeniE模塊，根據(jù)工程實(shí)際情況妥善地模擬了立柱、壓水板、塔架、機(jī)艙和葉片，建立了風(fēng)電浮式基礎(chǔ)整體有限元模型。計(jì)算了風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)過程中不同風(fēng)速下葉片上的變槳空氣動(dòng)力載荷。針對(duì)120m水深的海域，在SESAM/HydroD模塊中，采用復(fù)合水動(dòng)力模型，計(jì)算浮式風(fēng)電系統(tǒng)波浪載荷以及運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的傳遞函數(shù)和響應(yīng)譜?？紤]浮式基礎(chǔ)所承受的所有載荷，分析浮式基礎(chǔ)整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，并根據(jù)規(guī)范進(jìn)行校核，同時(shí)在SESAM/Stofat模塊中采用譜分析方法對(duì)浮式基礎(chǔ)高應(yīng)力區(qū)域進(jìn)行了疲勞分析，結(jié)果顯示浮式基礎(chǔ)整體結(jié)構(gòu)強(qiáng)度與疲勞強(qiáng)度均滿足要求。 【關(guān)鍵詞】：海上風(fēng)電 浮式基礎(chǔ) 結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì) 強(qiáng)度分析 疲勞分析
【學(xué)位授予單位】：天津大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TM315;TU476.1
【目錄】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-7
• 第一章 緒論7-18
• 1.1 研究意義7-9
• 1.2 海上風(fēng)機(jī)組成部分及風(fēng)電基礎(chǔ)種類9-11
• 1.3 浮式基礎(chǔ)的設(shè)計(jì)內(nèi)容及流程11-13
• 1.4 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-17
• 1.4.1 結(jié)構(gòu)分析研究現(xiàn)狀13-14
• 1.4.2 疲勞分析研究現(xiàn)狀14-17
• 1.5 本文研究工作17-18
• 第二章 海上風(fēng)機(jī)環(huán)境載荷計(jì)算方法18-33
• 2.1 波浪載荷18-24
• 2.1.1 微幅波(Airy)理論18-21
• 2.1.2 隨機(jī)波浪理論21
• 2.1.3 莫里森（Morison）理論21-22
• 2.1.4 三維勢流理論22-24
• 2.2 海流載荷24
• 2.3 風(fēng)載荷24-26
• 2.3.1 風(fēng)速的描述24
• 2.3.2 塔架及浮式基礎(chǔ)上風(fēng)載荷的計(jì)算24-25
• 2.3.3 極限海況下葉片承受的風(fēng)載荷25-26
• 2.4 空氣動(dòng)力載荷26-32
• 2.4.1 風(fēng)力機(jī)變槳距控制26-27
• 2.4.2 風(fēng)機(jī)變槳載荷計(jì)算27-30
• 2.4.3 變槳載荷計(jì)算30-32
• 2.5 本章小結(jié)32-33
• 第三章 風(fēng)電浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的規(guī)范設(shè)計(jì)33-45
• 3.1 風(fēng)電浮式基礎(chǔ)概述33-37
• 3.1.1 浮式基礎(chǔ)主要組成部分35-37
• 3.2 風(fēng)電浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的規(guī)范設(shè)計(jì)37-41
• 3.2.1 載荷與抗力分項(xiàng)系數(shù)設(shè)計(jì)法37-38
• 3.2.2 確定立柱的設(shè)計(jì)載荷38-40
• 3.2.3 浮式基礎(chǔ)立柱板梁結(jié)構(gòu)規(guī)范設(shè)計(jì)40-41
• 3.3 本章小結(jié)41-45
• 第四章 浮式基礎(chǔ)整體強(qiáng)度校核45-62
• 4.1 半潛式風(fēng)電浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)總體強(qiáng)度校核45-61
• 4.1.1 坐標(biāo)系的選取46-47
• 4.1.2 邊界條件的施加方法47-48
• 4.1.3 載荷的計(jì)算及施加48-54
• 4.1.4 工況的選取54-55
• 4.1.5 浮式基礎(chǔ)整體結(jié)構(gòu)應(yīng)力水平分析55-61
• 4.2 本章小結(jié)61-62
• 第五章 浮式基礎(chǔ)疲勞強(qiáng)度校核62-68
• 5.1 疲勞分析有限元模型的建立63-64
• 5.2 疲勞分析環(huán)境參數(shù)64-66
• 5.3 浮式基礎(chǔ)疲勞強(qiáng)度分析66-67
• 5.4 本章小結(jié)67-68
• 第六章 總結(jié)與展望68-70
• 6.1 本文主要研究工作68
• 6.2 本文主要?jiǎng)?chuàng)新點(diǎn)68-69
• 6.3 未來研究方向展望69-70
• 參考文獻(xiàn)70-72
• 發(fā)表論文和參加科研情況說明72-73
• 致謝73

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