风浪作用下海上风机单桩基础动力学与疲劳分析

发布时间：2017-09-04 07:38

  本文关键词：风浪作用下海上风机单桩基础动力学与疲劳分析

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【摘要】：海上风机在工作期间,经常遭受风、浪等各种动力荷载作用,对风机基础结构的动力特性与疲劳损伤特性产生重要的影响,所以对风机基础进行动力学分析与疲劳分析,可为风机的优化设计提供有价值的参考。本文以NREL5MW单桩式海上风机为研究对象,分析风、浪作用下桩基础结构的动力特性与疲劳损伤特性。主要研究内容如下:一、计算不同工况下作用在海上风力发电机叶轮与塔架结构上的风载荷。利用谐波叠加法进行脉动风速的模拟,再进一步计算塔架上的随机风荷载,并应用叶素动量理论计算作用在风轮上的随机空气动力载荷。二、计算不同工况下作用在海上风力发电机桩基础结构上的波浪载荷。利用线性波浪叠加法与Morison公式计算得到波浪力。三、基于ABAQUS有限元分析软件建立海上风机单桩式支撑结构的三维有限元模型,进行支撑结构的模态分析,并将已经计算出的叶轮上的风机载荷、塔架上的风载荷与桩基上的波浪载荷加载到有限元模型上,进行不同工况下的瞬态动力学分析,得到风机支撑结构的自振特性与关键位置的动力响应。四、根据具体的结构与环境,选用合适的S-N曲线,并按照雨流计数法与Miner线性疲劳损伤分析方法,对风荷载与波浪荷载单独作用下的桩基础疲劳损伤进行计算,最后采用不同的方法对比分析结构在风浪荷载共同作用下的疲劳损伤值并得出比较合理的疲劳寿命估算值。
【关键词】：单桩式海上风机 桩基础 动力学分析 疲劳损伤
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要4-5
• ABSTRACT5-8
• 第1章 绪论8-15
• 1.1 课题研究的背景和意义8-10
• 1.2 国内外研究现状10-13
• 1.2.1 动力学分析研究现状10-11
• 1.2.2 疲劳分析研究现状11-13
• 1.3 主要研究内容13-15
• 第2章 动力学分析与疲劳分析的基本理论15-22
• 2.1 引言15
• 2.2 结构动力学理论基础15-16
• 2.2.1 模态分析15-16
• 2.2.2 瞬态动力学分析16
• 2.3 疲劳分析16-21
• 2.3.1 疲劳分析的基本概念16-19
• 2.3.2 本文的疲劳分析方法19
• 2.3.3 雨流计数法19
• 2.3.4 平均应力对疲劳寿命的影响19-20
• 2.3.5 S-N曲线20-21
• 2.3.6 Miner线性疲劳累计损伤理论21
• 2.4 本章小结21-22
• 第3章 风机环境载荷分析22-34
• 3.1 引言22
• 3.2 风载荷的模拟和计算22-31
• 3.2.1 风速的模拟22-27
• 3.2.2 叶轮风机载荷的计算27-30
• 3.2.3 塔架风载荷的计算30-31
• 3.3 不规则波浪载荷的计算31-33
• 3.4 本章小结33-34
• 第4章 基于ABAQUS的风机结构动力学分析34-47
• 4.1 引言34
• 4.2 建立海上风机单桩结构模型34-37
• 4.3 模态分析37-38
• 4.4 瞬态动力学分析38-45
• 4.4.1 风载荷下的动力响应39-42
• 4.4.2 波浪载荷下的动力响应42-44
• 4.4.3 风浪共同作用下的动力响应分析44-45
• 4.5 本章小结45-47
• 第5章 海上风机单桩基础疲劳分析47-54
• 5.1 引言47
• 5.2 风、浪载荷单独作用下的疲劳损伤计算47-52
• 5.3 风浪共同作用下的疲劳损伤计算52-53
• 5.4 本章小结53-54
• 结论54-56
• 参考文献56-61
• 致谢61

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