海上漂浮式风机结构的船只撞击性能研究

发布时间：2021-05-24 18:18

　　清洁能源占据人类能源比重越来越大,传统的陆上风力发电逐渐无法满足人类用电的需求,风电场逐渐由陆地向海洋迁移,所以海上漂浮式风机的研究成为了海上风电研究的重中之重。伴随着世界各国对于海上漂浮式风电场的不断部署,远航船舶和服务船舶与海上漂浮式风机发生碰撞的事件时而发生,这不仅会影响海上风电场的日常运营,还会导致海上风力发电机的完全损坏。所以针对海上风机的防撞性能进行研究并且设计一个经济可靠的防撞结构,对海上风电场的高效运转以及清洁能源的发展是非常必要的。本文根据TLP（Tension Leg Platform,张力腿基础）漂浮式风机和海上服务船舶的实际结构,利用ALE（Arbitrary Lagrange Euler,拉格朗日欧拉）方法,在LS-DYNA有限元模拟软件中建立了两者发生碰撞的流-固耦合计算模型,并且针对单桩基础风机碰撞的工况利用同样的方法建立了模型,与附加水质量法建立的模型计算结果进行比较,验证了利用ALE方法建立流-固耦合模型的准确性。利用TLP漂浮式风机碰撞模型,研究了系统动能、内能的变化规律,船舶质量、速度、碰撞偏离距离、碰撞部位对碰撞力所产生的影响,分析比较了常用的6... 

【文章来源】：哈尔滨工业大学黑龙江省 211工程院校 985工程院校

【文章页数】：83 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 课题研究背景和意义
    1.2 海上风机基础研究现状
    1.3 海上风机碰撞研究现状
    1.4 亟待解决的问题
    1.5 ALE流-固耦合算法综述
        1.5.1 ALE方法
        1.5.2 ALE方法原理
        1.5.3 流-固耦合算法
    1.6 显示动力学计算理论
    1.7 本文主要研究内容
第2章 船舶与浮式风机碰撞流-固耦合模型建模
    2.1 引言
    2.2 风机和碰撞船舶几何模型建立
        2.2.1 TLP张力腿风机几何模型建立
        2.2.2 碰撞船舶几何模型建立
    2.3 碰撞过程中的流体及固体结构的材料选定
        2.3.1 流体材料模型的建立
        2.3.2 固体材料模型的建立
    2.4 模型单元网格的选取
        2.4.1 固体结构单元网格的选取
        2.4.2 流体单元网格的选取
    2.5 模型边界条件及碰撞接触条件的选取
        2.5.1 模型边界条件的选取
        2.5.2 碰撞接触条件的选取
    2.6 沙漏控制
    2.7 有限元模型有效性验证
    2.8 小结
第3章 船舶与浮式风机碰撞动态响应分析
    3.1 引言
    3.2 碰撞过程的整体能量变化分析
    3.3 碰撞力分析
        3.3.1 船舶质量对碰撞力影响
        3.3.2 船舶速度对碰撞力影响
        3.3.3 碰撞偏离距离对碰撞力影响
        3.3.4 碰撞部位对碰撞力影响
        3.3.5 碰撞力规范公式对比分析
    3.4 弹塑性应变分析
    3.5 机舱加速度分析
    3.6 小结
第4章 浮式风机防撞设施设计与验证
    4.1 引言
    4.2 新型防撞设施设计
        4.2.1 整体圆筒钢结构防撞设施
        4.2.2 独立圆筒钢结构防撞设施
        4.2.3 弧形钢结构防撞设施
    4.3 数值计算有限元模型
    4.4 不同结构防撞设施性能分析
        4.4.1 碰撞力分析
        4.4.2 机舱加速度分析
        4.4.3 防撞设施防护原理
    4.5 防撞设施结构材料优化
        4.5.1 钢筒尺寸优化
        4.5.2 筒壁厚度优化
        4.5.3 钢筒材料优化
    4.6 防撞设施应用对比分析
        4.6.1 吸能分析
        4.6.2 碰撞力对比分析
        4.6.3 机舱加速度对比分析
        4.6.4 弹塑性应变对比分析
    4.7 小结
结论
参考文献
致谢


【参考文献】：
期刊论文
[1]世界海上风力发电现状[J]. 罗承先.  中外能源. 2019(02)
[2]基于SPH方法模拟30 mm线膛炮波纹罩压垮过程的力学参数研究[J]. 王小峰,陶钢,任保祥,庞春桥,范强,刘龙.  爆炸与冲击. 2019(01)
[3]深海风力发电技术的发展现状与前景分析[J]. 姜楠.  新能源进展. 2015(01)
[4]全球海域风能资源储量分析[J]. 郑崇伟.  中外能源. 2011(07)
[5]中国风能发展战略研究[J]. 贺德馨.  中国工程科学. 2011(06)
[6]船桥碰撞简化动力分析方法:简化动力模型[J]. 王君杰,卜令涛,孟德巍.  计算机辅助工程. 2011(01)
[7]风能利用现状及前景分析[J]. 孙丽梅.  内蒙古电力技术. 2010(06)
[8]爆炸冲击波对玻璃幕墙破坏作用的多物质ALE有限元模拟[J]. 邓荣兵,金先龙,陈峻,沈建奇,陈向东.  高压物理学报. 2010(02)
[9]中国新能源发展研究[J]. 刘琦.  电网与清洁能源. 2010(01)
[10]A Crashworthy Device Against Ship-OWT Collision and Its Protection Effects on the Tower of Offshore Wind Farms[J]. 任年鑫,欧进萍.  China Ocean Engineering. 2009(04)

博士论文
[1]海上风电机组结构抗船撞及抗震性能研究[D]. 郝二通.大连理工大学 2016
[2]考虑附属浮筒的张力腿风机系统动力学及结构强度研究[D]. 王海峰.哈尔滨工业大学 2016
[3]海上风力机气动特性及新型浮式系统[D]. 任年鑫.哈尔滨工业大学 2011

硕士论文
[1]基于TLP原理的海上风机浮式基础研究[D]. 卫涛.江苏科技大学 2014
[2]防浪堤抗波浪冲击能力数值计算方法与应用[D]. 王洪良.上海交通大学 2012



本文编号：3204639