风波联合作用下海上风力机结构疲劳评估

发布时间：2021-04-24 23:34

　　在风、波载荷联合作用下，海上风力发电机结构由于疲劳破坏存在着安全隐患。本文在风、波载荷分析基础上，对单桩型基础的海上风力发电机结构的疲劳强度进行分析。主要内容如下：1、研究疲劳评估方法。主要包括疲劳的时域评估方法、频域评估方法和两种载荷联合作用下结构疲劳评估方法。2、风力机风载荷分析计算。介绍了风湍流的模拟方法和风载荷的计算方法，并且采用动量-叶素理论和顺风向脉动风的准定常假定得到风载荷的时域和频域形式。3、波浪载荷分析计算。介绍了规则波和不规则波载荷的计算方法，并且采用波浪模拟法和谱分析方法得到了波浪载荷的时域和频域形式。4、海上风力发电机疲劳评估计算实例。在风、波载荷分析的基础上，分别计算风致结构疲劳损伤值和波浪致结构疲劳损伤值。考虑风波联合作用的影响，采用载荷叠加法计算结构的疲劳损伤值。选取特定的海况，采用等幅载荷法、组合谱法和直接公式法计算疲劳损伤值并且进行比较。5、随机振动的有限元分析。介绍了随机振动理论，采用ABAQUS有限元软件对脉动风和随机波浪作用下塔架结构的响应进行了分析，采用Dirlik方法对脉动风、波浪以及二者共同作用下结构的损伤值进行了计算。 

【文章来源】：哈尔滨工程大学黑龙江省 211工程院校

【文章页数】：84 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
    1.1 研究背景和意义
    1.2 研究现状
        1.2.1 风载荷及波浪载荷的计算
        1.2.2 疲劳评估方法
    1.3 存在的问题
    1.4 本文内容
第2章 疲劳评估方法
    2.1 疲劳简介
    2.2 疲劳评估时域分析方法
        2.2.1 S-N 曲线理论
        2.2.2 雨流计数法
        2.2.3 平均应力修正
        2.2.4 疲劳累积损伤
    2.3 疲劳评估频域分析方法
        2.3.1 功率谱估计的基本方法
        2.3.2 频域分析方法
    2.4 两种载荷作用下结构疲劳评估
        2.4.1 载荷叠加法
        2.4.2 等幅载荷法
        2.4.3 组合谱法
        2.4.5 直接公式法
    2.5 本章小结
第3章 风力机风载荷分析计算
    3.1 风湍流的模拟
        3.1.1 时域下风湍流的速度分量
        3.1.2 风速谱
    3.2 风载荷的计算
        3.2.1 动量理论
        3.2.2 叶素理论
        3.2.3 动量-叶素理论
        3.2.4 顺风向脉动风的准定常假定
    3.3 时域下风载荷计算
    3.4 频域下风载荷的计算
    3.5 本章小节
第4章 波浪载荷分析计算
    4.1 微幅波浪理论
    4.2 规则波的波浪载荷
    4.3 不规则波的波浪载荷
        4.3.1 代表波法
        4.3.2 概率计算法
        4.3.3 波浪模拟法
        4.3.4 谱分析法
    4.4 时域下不规则波浪载荷的计算
    4.5 频域下波浪载荷计算
    4.6 本章小结
第5章 海上风力机疲劳评估计算实例
    5.1 概述
    5.2 1.5 MW 海上风力发电机参数
    5.3 风波要素
    5.4 单位载荷作用下结构应力的确定
        5.4.1 海上风力风机塔架结构有限元模型
        5.4.2 疲劳校核位置的确定
    5.5 S-N 曲线的选取
    5.6 风致疲劳分析结果
        5.6.1 雨流计数及平均应力修正
        5.6.2 疲劳损伤值的计算
    5.7 波浪致疲劳分析
        5.7.1 应力分布
        5.7.2 应力谱密度的确定
        5.7.3 疲劳损伤的计算
    5.8 风波联合作用下风力机结构疲劳损伤计算
        5.8.1 载荷叠加法
        5.8.2 其他方法以及损伤结果的比较
    5.9 本章小结
第6章 随机振动有限元分析
    6.1 ABAQUS 随机响应分析方法简介
    6.2 线性系统随机振动理论
        6.2.1 频率响应法
        6.2.2 单自由度结构的随机振动响应
        6.2.3 多自由度结构的随机振动
    6.3 风、波作用下风力机结构振动响应分析
        6.3.1 脉动风作用下风力机结构振动响应分析
        6.3.2 随机波浪作用下风力机结构振动响应分析
        6.3.3 风波联合作用下风力机结构振动响应分析
        6.3.4 随机振动响应的疲劳分析
    6.4 本章小结
结论
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果
致谢
附录


【参考文献】：
期刊论文
[1]风波联合作用海上风力机动态特性分析[J]. 徐建源,祝贺.  中国电机工程学报. 2010(05)
[2]海上风力发电现状与发展趋势[J]. 赵群,柴福莉.  机电工程. 2009(12)
[3]海上风力发电塔脉动风速时程数值模拟[J]. 陈小波,陈健云,李静.  中国电机工程学报. 2008(32)
[4]海上风力发电机组塔架海波载荷的分析[J]. 王湘明,陈亮,邓英,王婀娜.  沈阳工业大学学报. 2008(01)
[5]国内外风力发电的情况及发展趋势[J]. 王素霞.  电力技术经济. 2007(01)
[6]基于功率谱密度的疲劳寿命估算[J]. 李超.  机械设计与研究. 2005(02)
[7]风力机叶片载荷谱及疲劳寿命分析[J]. 李德源,叶枝全,陈严,包能胜.  工程力学. 2004(06)
[8]离岸结构所受到波浪载荷与风载荷的组合[J]. 黄文波,张圣坤.  中国造船. 2001(04)
[9]Stokes波的谱特性分析[J]. 马汝建,李桂喜.  海洋工程. 2001(04)
[10]规范设计中一般平稳随机载荷过程的组合[J]. 黄文波,张圣坤.  上海交通大学学报. 2001(10)

博士论文
[1]机车车辆零部件的疲劳寿命预测仿真[D]. 阳光武.西南交通大学 2005

硕士论文
[1]近海风机塔架风浪荷载分析[D]. 陈为飞.浙江大学 2010
[2]海上桩式风机基础结构设计与研究[D]. 郇彩云.大连理工大学 2009
[3]海上风力机流体载荷研究[D]. 赵静.哈尔滨工程大学 2009
[4]海上风力发电机组塔架在风波联合作用下的动力分析及疲劳分析[D]. 刘胜祥.广东工业大学 2008
[5]近海风力机风波联合作用下的载荷分析研究[D]. 蔡安民.汕头大学 2007
[6]风力发电机组疲劳载荷测试系统的研究与设计[D]. 郭亮.新疆大学 2006
[7]大型水平轴风力机载荷计算和强度分析的方法研究[D]. 曾杰.新疆农业大学 2001



本文编号：3158270