發(fā)布時(shí)間：2020-11-12 23:18

　　 與陸地風(fēng)電相比,海上風(fēng)電可規(guī)避陸上發(fā)展空間的限制,不占用土地資源,不受地形地貌影響,又由于深海海域的風(fēng)能較近海海域豐富,具有較大的發(fā)展空間,因此適用于深海海域的底部漂浮式風(fēng)機(jī)更受人們的青睞。海上浮式風(fēng)機(jī)在服役期間會(huì)受到風(fēng)浪載荷耦合作用的影響,并且海上環(huán)境瞬息萬(wàn)變,研究不同風(fēng)浪組合對(duì)浮式風(fēng)機(jī)敏感性的影響對(duì)于實(shí)際應(yīng)用具有較大參考價(jià)值,同時(shí)對(duì)其浮式基礎(chǔ)疲勞損傷的研究也是十分必要的。浮式風(fēng)機(jī)是一個(gè)由多部分組成的多體系統(tǒng),如錨鏈、浮筒、塔柱、葉片和機(jī)箱等,各個(gè)組成部分之間存在相互作用,同時(shí)風(fēng)和波浪載荷等作用在風(fēng)機(jī)系統(tǒng)上,對(duì)浮式風(fēng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)受力產(chǎn)生影響時(shí);風(fēng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)同樣會(huì)對(duì)風(fēng)載荷產(chǎn)生影響。因此浮式風(fēng)機(jī)可以視為一個(gè)整體耦合系統(tǒng),需要用全局耦合理論進(jìn)行分析。本文以O(shè)C4-DeepCwind三浮筒半潛式風(fēng)機(jī)作為研究對(duì)象,首先對(duì)其固有特性進(jìn)行驗(yàn)證,同時(shí)基于實(shí)驗(yàn)數(shù)據(jù)和FAST程序的預(yù)報(bào)結(jié)果,對(duì)預(yù)報(bào)方法進(jìn)行了驗(yàn)證;研究了風(fēng)浪耦合效應(yīng)對(duì)其水動(dòng)力響應(yīng)的影響;然后通過改變施加在風(fēng)機(jī)上的風(fēng)、波浪載荷的相關(guān)參數(shù),研究浮式風(fēng)機(jī)對(duì)于環(huán)境載荷的敏感性;最后根據(jù)S-N曲線和疲勞累積損傷理論對(duì)其支撐結(jié)構(gòu)的橫撐部分進(jìn)行疲勞損傷分析。本文主要研究?jī)?nèi)容及相關(guān)結(jié)論如下:(1)基于全局耦合響應(yīng)建立了海上三浮筒半潛式風(fēng)機(jī)的多體耦合水動(dòng)力模型,對(duì)其進(jìn)行固有特性驗(yàn)證和預(yù)報(bào)方法驗(yàn)證,確�？尚行�;同時(shí)通過風(fēng)、波浪載荷分別加載和風(fēng)浪同時(shí)加載的模擬結(jié)果對(duì)比來分析風(fēng)浪耦合效應(yīng)。結(jié)果表明:該模型模擬所得計(jì)算結(jié)果與實(shí)驗(yàn)結(jié)果較為相近,因此具有一定的可靠性;風(fēng)機(jī)所受推力受風(fēng)浪耦合作用和風(fēng)單獨(dú)作用的影響差距并不大但錨鏈軸向力隨波浪作用影響較大,在波浪載荷較小的情況下風(fēng)浪耦合作用對(duì)錨鏈?zhǔn)芰τ绊懞透∈交�礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)較波浪單獨(dú)作用時(shí)更大。(2)通過改變風(fēng)浪載荷的不同組合形式對(duì)三浮筒半潛式風(fēng)機(jī)模型受環(huán)境載荷敏感性進(jìn)行分析,計(jì)算結(jié)果表明:縮小浮筒間距會(huì)增大浮筒間彎矩,但會(huì)縮小錨鏈軸向力并增加浮式基礎(chǔ)穩(wěn)定性,不同風(fēng)浪載荷的組合形式對(duì)浮式基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)和受力具有不同的影響。(3)基于DNV(DNV-OS-J103浮式風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì))和IEC(國(guó)際標(biāo)準(zhǔn)-海上風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范),根據(jù)S-N曲線和線性疲勞累積損傷理論,分析了浮式基礎(chǔ)橫撐疲勞損傷,并通過改變橫撐結(jié)構(gòu)研究浮式基礎(chǔ)疲勞損傷變化情況,結(jié)果表明:該浮式基礎(chǔ)中與風(fēng)浪方向同向的斜橫撐所受疲勞值最大,在一定小范圍內(nèi)改變橫撐的壁厚和直徑可以有效降低橫撐所受疲勞損傷大小。
【學(xué)位單位】：江蘇科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位年份】：2019
【中圖分類】：TM614;TU476
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 研究背景及意義
    1.2 國(guó)內(nèi)外研究進(jìn)展
        1.2.1 海上風(fēng)電機(jī)組支撐結(jié)構(gòu)形式發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.2 海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢(shì)
        1.2.3 海上浮式風(fēng)機(jī)動(dòng)力響應(yīng)國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.4 海上浮式風(fēng)機(jī)疲勞國(guó)內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 本文主要研究?jī)?nèi)容
第2章 海洋環(huán)境載荷及三浮筒半潛式風(fēng)機(jī)運(yùn)動(dòng)理論
    2.1 風(fēng)載荷的描述和計(jì)算
        2.1.1 風(fēng)速的描述
        2.1.2 塔柱和浮式基礎(chǔ)的風(fēng)載荷
        2.1.3 三浮筒半潛式風(fēng)機(jī)的風(fēng)載荷
    2.2 波流載荷計(jì)算理論
        2.2.1 勢(shì)流理論
        2.2.2 莫里森理論
    2.3 三浮筒半潛式風(fēng)機(jī)系統(tǒng)運(yùn)動(dòng)理論
        2.3.1 浮式基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)方程
        2.3.2 柔性構(gòu)件運(yùn)動(dòng)方程
        2.3.3 全局耦合運(yùn)動(dòng)方程及數(shù)值方法
    2.4 本章小結(jié)
第3章 三浮筒半潛式風(fēng)機(jī)系統(tǒng)及風(fēng)浪耦合效應(yīng)分析
    3.1 三浮筒半潛式風(fēng)機(jī)耦合系統(tǒng)參數(shù)
        3.1.1 三浮筒半潛式風(fēng)機(jī)及塔架參數(shù)
        3.1.2 三浮筒半潛式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)基本參數(shù)
    3.2 浮式基礎(chǔ)頻域水動(dòng)力分析
        3.2.1 計(jì)算模型的建立
        3.2.2 浮式基礎(chǔ)頻域水動(dòng)力分析
    3.3 三浮筒半潛式風(fēng)機(jī)全局耦合系統(tǒng)數(shù)值模型驗(yàn)證
        3.3.1 自由衰減運(yùn)動(dòng)分析
        3.3.2 單獨(dú)風(fēng)載荷和波浪載荷作用下的運(yùn)動(dòng)響應(yīng)
    3.4 風(fēng)浪載荷耦合效應(yīng)分析
        3.4.1 三浮筒半潛式風(fēng)機(jī)與固定式風(fēng)機(jī)的響應(yīng)特性比較
        3.4.2 海況1下的耦合效應(yīng)分析
        3.4.3 海況2下的耦合效應(yīng)分析
    3.5 本章小結(jié)
第4章 基于全局耦合響應(yīng)的三浮筒半潛式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)動(dòng)力響應(yīng)敏感性分析
    4.1 基于全局耦合響應(yīng)的不同浮筒間距下浮式基礎(chǔ)的動(dòng)力響應(yīng)分析
        4.1.1 不同浮筒間距下各橫撐所受彎矩大小變化
        4.1.2 不同浮筒間距下浮式基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)變化
        4.1.3 不同浮筒間距下錨鏈頂端張力的變化
    4.2 基于全局耦合響應(yīng)的不同風(fēng)浪方向下浮式基礎(chǔ)動(dòng)力響應(yīng)分析
        4.2.1 不同風(fēng)浪方向下橫撐彎矩的變化
        4.2.2 不同風(fēng)浪方向下浮式基礎(chǔ)運(yùn)動(dòng)的變化
        4.2.3 不同風(fēng)浪方向下錨鏈頂端張力的變化
    4.3 基于全局耦合響應(yīng)的不同風(fēng)浪組合下浮式基礎(chǔ)動(dòng)力響應(yīng)分析
        4.3.1 不同風(fēng)速下浮式基礎(chǔ)動(dòng)力響應(yīng)對(duì)比分析
        4.3.2 風(fēng)浪方向錯(cuò)位下浮式基礎(chǔ)動(dòng)力響應(yīng)對(duì)比分析
        4.3.3 不同譜峰周期下浮式基礎(chǔ)動(dòng)力響應(yīng)對(duì)比分析
    4.4 本章小結(jié)
第5章 基于全局耦合響應(yīng)的三浮筒半潛式風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)疲勞損傷分析
    5.1 結(jié)構(gòu)疲勞破壞
        5.1.1 疲勞基本概念
        5.1.2 疲勞裂紋生成、擴(kuò)展機(jī)理
    5.2 疲勞分析方法
        5.2.1 雨流計(jì)數(shù)法
        5.2.2 S-N曲線和疲勞設(shè)計(jì)因子
        5.2.3 Miner疲勞累積損傷理論
    5.3 疲勞工況選取
    5.4 疲勞熱點(diǎn)選取
    5.5 風(fēng)浪聯(lián)合作用下疲勞分析
        5.5.1 各橫撐疲勞損傷對(duì)比
        5.5.2 疲勞損傷隨風(fēng)速變化
        5.5.3 改變結(jié)構(gòu)對(duì)疲勞損傷的影響
    5.6 不同疊加方法的疲勞損傷比較
    5.7 本章小結(jié)
第6章 總結(jié)與展望
    6.1 本文總結(jié)
    6.2 研究工作展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文
致謝
論文摘要

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號(hào)：2881367