本文關(guān)鍵詞：海上風(fēng)機(jī)固定式支撐結(jié)構(gòu)的魯棒性優(yōu)化設(shè)計(jì)

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【摘要】：如今,海上風(fēng)機(jī)是廣泛采用的海上風(fēng)能開發(fā)設(shè)備,支撐結(jié)構(gòu)是其關(guān)鍵部件,身處惡劣的海洋工作環(huán)境。隨著對近海風(fēng)能的開發(fā)進(jìn)度的加快和裝機(jī)容量的增加,海上風(fēng)機(jī)固定式支撐結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)建造與安全服役面臨著許多挑戰(zhàn)。首先,海上風(fēng)機(jī)固定式支撐結(jié)構(gòu)的成本性與安全性問題亟待深入研究。支撐結(jié)構(gòu)承受著頂部風(fēng)機(jī)運(yùn)行和控制過程產(chǎn)生的非線性載荷和惡劣海洋環(huán)境產(chǎn)生的風(fēng)浪流等隨機(jī)性載荷的共同作用。支撐結(jié)構(gòu)的失效和破壞可能會導(dǎo)致塔頂機(jī)艙和轉(zhuǎn)子的墜落,從而造成嚴(yán)重的經(jīng)濟(jì)損失,故支撐結(jié)構(gòu)的安全性問題非常重要。同時(shí),海上固定式支撐結(jié)構(gòu)的建造、運(yùn)輸和安裝成本是陸上風(fēng)機(jī)的數(shù)倍。因此,需要采用優(yōu)化設(shè)計(jì)方法,在保障固定式支撐結(jié)構(gòu)安全性的基礎(chǔ)上,降低結(jié)構(gòu)的經(jīng)濟(jì)成本,滿足海上風(fēng)電的產(chǎn)業(yè)化發(fā)展。其次,生產(chǎn)制造過程中材料特性、結(jié)構(gòu)幾何尺寸的不確定性和海洋環(huán)境載荷的隨機(jī)性會使得固定式支撐結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)偏離原有設(shè)計(jì)需求,導(dǎo)致結(jié)構(gòu)失效和經(jīng)濟(jì)損失。因此需要采用魯棒性優(yōu)化設(shè)計(jì)控制不確定因素對結(jié)構(gòu)的影響,保障結(jié)構(gòu)安全性的同時(shí)降低風(fēng)電成本。研究針對以上挑戰(zhàn),對海上風(fēng)機(jī)固定式支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行了風(fēng)浪流聯(lián)合響應(yīng)分析與考慮不確定性因素在內(nèi)的結(jié)構(gòu)魯棒性優(yōu)化研究,主要工作如下:(1)風(fēng)機(jī)在不同控制模式下支撐結(jié)構(gòu)的時(shí)域動力響應(yīng)分析。模擬了塔頂風(fēng)機(jī)的手動和自動控制形式,計(jì)算了包含故障工況在內(nèi)的不同控制策略的塔頂機(jī)艙的非線性時(shí)域載荷。其中,塔頂風(fēng)機(jī)在發(fā)生偏航控制故障時(shí),會對支撐結(jié)構(gòu)的動力響應(yīng)造成很大的威脅。(2)三樁式固定支撐結(jié)構(gòu)的時(shí)域仿真系統(tǒng)優(yōu)化。通過構(gòu)建近似模型取代耗時(shí)的有限元時(shí)域動力響應(yīng)仿真。在控制近似模型精度的過程中發(fā)現(xiàn),采用優(yōu)化拉丁實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)的方法對設(shè)計(jì)空間進(jìn)行抽樣,再使用Kriging方法構(gòu)造出的近似模型擁有最小的模型誤差。(3)三樁式固定支撐結(jié)構(gòu)的魯棒性優(yōu)化設(shè)計(jì)。首先通過參數(shù)敏感性分析選取結(jié)構(gòu)最佳設(shè)計(jì)變量;然后運(yùn)用組合優(yōu)化算法兼顧優(yōu)化搜索的全局性和高效性;分析結(jié)果顯示,魯棒性優(yōu)化方法考慮設(shè)計(jì)變量的不確定性,對比傳統(tǒng)的確定性優(yōu)化,提高了結(jié)構(gòu)的可靠度,降低了經(jīng)濟(jì)成本且同時(shí)提高了結(jié)構(gòu)成本的穩(wěn)定性。海上風(fēng)機(jī)固定式支撐結(jié)構(gòu)的魯棒性優(yōu)化方法考慮不確定因素的影響,優(yōu)化結(jié)果體現(xiàn)了海上風(fēng)機(jī)三樁式固定支撐結(jié)構(gòu)的安全性與經(jīng)濟(jì)性。優(yōu)化過程使用近似模型技術(shù)縮短時(shí)域動力響應(yīng)時(shí)間,提高優(yōu)化迭代效率。整個(gè)魯棒性優(yōu)化流程能夠適用于其他類似的海洋工程結(jié)構(gòu)物,具有一定的工程實(shí)際意義。
【關(guān)鍵詞】：海上風(fēng)機(jī) 三樁式固定支撐結(jié)構(gòu) 動力響應(yīng)分析 近似模型 魯棒性動力優(yōu)化
【學(xué)位授予單位】：上海交通大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：U674.38
【目錄】：

• 摘要3-5
• ABSTRACT5-9
• 第一章 緒論9-18
• 1.1 海洋風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)的挑戰(zhàn)9-10
• 1.2 海上風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)概況10-12
• 1.3 課題的研究意義12-13
• 1.4 研究內(nèi)容13-15
• 1.5 論文大綱15-16
• 1.6 研究特色16-18
• 第二章 海上風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)載荷分析18-35
• 2.1 引言18-19
• 2.2 塔頂風(fēng)機(jī)的控制工況與時(shí)域載荷19-33
• 2.3 塔架風(fēng)載荷33
• 2.4 浪流聯(lián)合載荷33-34
• 2.5 本章小結(jié)34-35
• 第三章 海上風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)的時(shí)域動力響應(yīng)分析35-54
• 3.1 引言35-36
• 3.2 三樁式支撐結(jié)構(gòu)有限元模型36-39
• 3.3 三樁式支撐結(jié)構(gòu)模態(tài)分析39-41
• 3.4 風(fēng)機(jī)正常工況下的時(shí)域動力響應(yīng)分析41-46
• 3.5 風(fēng)機(jī)聯(lián)合工況下的時(shí)域動力響應(yīng)分析46-52
• 3.6 本章小結(jié)52-54
• 第四章 海上風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)仿真系統(tǒng)的優(yōu)化54-80
• 4.1 引言55-57
• 4.2 實(shí)驗(yàn)設(shè)計(jì)方法57-69
• 4.3 近似模型技術(shù)69-78
• 4.4 本章小結(jié)78-80
• 第五章 海上風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)的魯棒性參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)80-100
• 5.1 引言80-82
• 5.2 三樁式支撐結(jié)構(gòu)的魯棒性優(yōu)化問題82-86
• 5.3 三樁式支撐結(jié)構(gòu)的魯棒性優(yōu)化設(shè)計(jì)86-99
• 5.4 本章小結(jié)99-100
• 第六章 總結(jié)與展望100-102
• 6.1 全文總結(jié)100-101
• 6.2 研究展望101-102
• 參考文獻(xiàn)102-107
• 致謝107-108
• 攻讀碩士學(xué)位期間已發(fā)表或錄用的論文108-111
• 附件111

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3 孟s，

本文編號：856685