波浪作用下海上风机三桩基础的动力响应及疲劳寿命分析

发布时间：2017-06-06 18:01

  本文关键词：波浪作用下海上风机三桩基础的动力响应及疲劳寿命分析，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：我国海上风能资源丰富,作为新兴可再生能源,海上风电发展前景广阔。同时海上风电的开发面临很多困难,由于海上风机基础时刻承受复杂的波浪力,潮流力等荷载作用,极易引起基础疲劳,而基础结构的疲劳对于风机运行的稳定性及安全性影响巨大。本文采用海上风机三桩基础作为研究对象,对其进行动态响应与疲劳分析,主要工作如下：(1)基于有限元法,应用ANSYS通用软件建立海上风机三桩基础有限元模型,为提高计算精度,采用八节点六面体单元以及四面体单元对基础结构进行空间离散。并对风机基础及塔筒结构进行整体模态分析,求得其固有频率及各阶振型。(2)采用JONSWAP谱模拟风机所在海域的随机波浪,基于线性波浪叠加法模拟时域不规则波。对风机基础在波浪作用下进行瞬态动力响应分析,得出各关键位置的位移及应力动力响应时程曲线。(3)利用Morison方程,采用谱分析方法对风机基础进行频域分析,计算出结构关键点的热点应力,并求得各关键点的应力响应谱曲线,比较了不同位置的应力响应谱,并求得结构振动最强的频率区间。(4)基于Miner线性累积损伤准则以及S-N曲线,计算出每个海况下的基础疲劳损伤,并比较不同波高波浪力对风机基础疲劳损伤程度的影响,计算出结构的疲劳寿命,判定其是否符合要求。
【关键词】：海上风机 三桩基础 动力响应 疲劳分析 谱分析
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TU476.1
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 选题的背景与意义9-10
• 1.2 国内外风力发电现状及未来10-12
• 1.2.1 世界风力发电现状及未来10-11
• 1.2.2 我国海上风电的现状与未来11-12
• 1.3 国内外研究现状及发展趋势12-14
• 1.4 海上风机基础结构类型14-17
• 1.5 本文研究内容17-18
• 1.5.1 本文的主要研究内容17
• 1.5.2 章节安排17-18
• 2 有限元数值模型18-32
• 2.1 有限元基本方程18-24
• 2.1.1 有限元分析与加权余量法18-19
• 2.1.2 有限元基本方程19-24
• 2.2 结构离散化24-28
• 2.2.1 八节点六面体单元24-27
• 2.2.2 结构离散27-28
• 2.3 位移边界条件的处理28-31
• 2.3.1 降阶法29
• 2.3.2 对角元置1法29-31
• 2.4 本章小结31-32
• 3 随机波浪荷载分析32-51
• 3.1 波浪理论简介32-33
• 3.2 海况基本资料33-37
• 3.2.1 平稳随机过程33-34
• 3.2.2 波浪参数34-35
• 3.2.3 海况的合并35-37
• 3.3 波浪谱37-41
• 3.3.1 谱的引入37-38
• 3.3.2 波浪谱38-41
• 3.4 波浪力计算方法41-50
• 3.4.1 小尺度结构物上的波浪力41-42
• 3.4.2 莫里森方程42-44
• 3.4.3 不规则波浪荷载计算方法44-50
• 3.5 本章小结50-51
• 4 海上风机三桩基础动力响应分析51-68
• 4.1 ANSYS简介及单元特性51-52
• 4.1.1 ANSYS软件简介51
• 4.1.2 ANSYS单元特性51-52
• 4.2 结构动力学运动方程及阻尼确定52-53
• 4.2.1 结构动力学分析方程52
• 4.2.2 结构阻尼52-53
• 4.3 海上风机基础有限元模型53-55
• 4.3.1 基本资料53
• 4.3.2 整体有限元模型53-55
• 4.4 海上风机基础模态分析55-58
• 4.4.1 模态分析基本方程55-56
• 4.4.2 风机基础模态分析计算结果56-58
• 4.5 波浪作用下结构瞬态动力响应分析58-66
• 4.5.1 Newmark积分58-60
• 4.5.2 不规则波的模拟60-61
• 4.5.3 结构的动态响应61-66
• 4.6 本章小结66-68
• 5 海上风机三桩基础疲劳寿命分析68-83
• 5.1 疲劳分析理论68-70
• 5.1.1 疲劳简介68
• 5.1.2 Miner线性累积疲劳损伤模型68-69
• 5.1.3 S-N曲线69-70
• 5.2 风机基础谱分析计算70-80
• 5.2.1 PSD(随机振动)分析70-72
• 5.2.2 热点应力位置选取72-73
• 5.2.3 应力响应谱分析73-80
• 5.3 结构疲劳寿命计算80-82
• 5.4 本章小结82-83
• 结论83-85
• 参考文献85-88
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况88-89
• 致谢89-90

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