與陸地風電相比,海上風電可規(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機更受人們的青睞。海上浮式風機在服役期間會受到風浪載荷耦合作用的影響,并且海上環(huán)境瞬息萬變,研究不同風浪組合對浮式風機敏感性的影響對于實際應(yīng)用具有較大參考價值,同時對其浮式基礎(chǔ)疲勞損傷的研究也是十分必要的。浮式風機是一個由多部分組成的多體系統(tǒng),如錨鏈、浮筒、塔柱、葉片和機箱等,各個組成部分之間存在相互作用,同時風和波浪載荷等作用在風機系統(tǒng)上,對浮式風機的運動受力產(chǎn)生影響時;風機的運動同樣會對風載荷產(chǎn)生影響。因此浮式風機可以視為一個整體耦合系統(tǒng),需要用全局耦合理論進行分析。本文以O(shè)C4-DeepCwind三浮筒半潛式風機作為研究對象,首先對其固有特性進行驗證,同時基于實驗數(shù)據(jù)和FAST程序的預(yù)報結(jié)果,對預(yù)報方法進行了驗證;研究了風浪耦合效應(yīng)對其水動力響應(yīng)的影響;然后通過改變施加在風機上的風、波浪載荷的相關(guān)參數(shù),研究浮式風機對于環(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其支撐結(jié)構(gòu)的橫撐部分進行疲勞損傷分析。本文主要研究內(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機的多體耦合水動力模型,對其進行固有特性驗證和預(yù)報方法驗證,確保可行性;同時通過風、波浪載荷分別加載和風浪同時加載的模擬結(jié)果對比來分析風浪耦合效應(yīng)。結(jié)果表明:該模型模擬所得計算結(jié)果與實驗結(jié)果較為相近,因此具有一定的可靠性;風機所受推力受風浪耦合作用和風單獨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浪耦合作用對錨鏈受力影響和浮式基礎(chǔ)運動較波浪單獨作用時更大。(2)通過改變風浪載荷的不同組合形式對三浮筒半潛式風機模型受環(huán)境載荷敏感性進行分析,計算結(jié)果表明:縮小浮筒間距會增大浮筒間彎矩,但會縮小錨鏈軸向力并增加浮式基礎(chǔ)穩(wěn)定性,不同風浪載荷的組合形式對浮式基礎(chǔ)運動和受力具有不同的影響。(3)基于DNV(DNV-OS-J103浮式風機結(jié)構(gòu)設(shè)計)和IEC(國際標準-海上風機設(shè)計規(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 國內(nèi)外研究進展
        1.2.1 海上風電機組支撐結(jié)構(gòu)形式發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.2 海上風電發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢
        1.2.3 海上浮式風機動力響應(yīng)國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
        1.2.4 海上浮式風機疲勞國內(nèi)外研究現(xiàn)狀
    1.3 本文主要研究內(nèi)容
第2章 海洋環(huán)境載荷及三浮筒半潛式風機運動理論
    2.1 風載荷的描述和計算
        2.1.1 風速的描述
        2.1.2 塔柱和浮式基礎(chǔ)的風載荷
        2.1.3 三浮筒半潛式風機的風載荷
    2.2 波流載荷計算理論
        2.2.1 勢流理論
        2.2.2 莫里森理論
    2.3 三浮筒半潛式風機系統(tǒng)運動理論
        2.3.1 浮式基礎(chǔ)運動方程
        2.3.2 柔性構(gòu)件運動方程
        2.3.3 全局耦合運動方程及數(shù)值方法
    2.4 本章小結(jié)
第3章 三浮筒半潛式風機系統(tǒng)及風浪耦合效應(yīng)分析
    3.1 三浮筒半潛式風機耦合系統(tǒng)參數(shù)
        3.1.1 三浮筒半潛式風機及塔架參數(shù)
        3.1.2 三浮筒半潛式風機基礎(chǔ)基本參數(shù)
    3.2 浮式基礎(chǔ)頻域水動力分析
        3.2.1 計算模型的建立
        3.2.2 浮式基礎(chǔ)頻域水動力分析
    3.3 三浮筒半潛式風機全局耦合系統(tǒng)數(shù)值模型驗證
        3.3.1 自由衰減運動分析
        3.3.2 單獨風載荷和波浪載荷作用下的運動響應(yīng)
    3.4 風浪載荷耦合效應(yīng)分析
        3.4.1 三浮筒半潛式風機與固定式風機的響應(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)的三浮筒半潛式風機基礎(chǔ)動力響應(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)運動變化
        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)的不同風浪方向下浮式基礎(chǔ)動力響應(yīng)分析
        4.2.1 不同風浪方向下橫撐彎矩的變化
        4.2.2 不同風浪方向下浮式基礎(chǔ)運動的變化
        4.2.3 不同風浪方向下錨鏈頂端張力的變化
    4.3 基于全局耦合響應(yīng)的不同風浪組合下浮式基礎(chǔ)動力響應(yīng)分析
        4.3.1 不同風速下浮式基礎(chǔ)動力響應(yīng)對比分析
        4.3.2 風浪方向錯位下浮式基礎(chǔ)動力響應(yīng)對比分析
        4.3.3 不同譜峰周期下浮式基礎(chǔ)動力響應(yīng)對比分析
    4.4 本章小結(jié)
第5章 基于全局耦合響應(yīng)的三浮筒半潛式風機基礎(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、擴展機理
    5.2 疲勞分析方法
        5.2.1 雨流計數(shù)法
        5.2.2 S-N曲線和疲勞設(shè)計因子
        5.2.3 Miner疲勞累積損傷理論
    5.3 疲勞工況選取
    5.4 疲勞熱點選取
    5.5 風浪聯(lián)合作用下疲勞分析
        5.5.1 各橫撐疲勞損傷對比
        5.5.2 疲勞損傷隨風速變化
        5.5.3 改變結(jié)構(gòu)對疲勞損傷的影響
    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
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】

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