【摘要】：目前,可再生能源的作用日益提高,其作為實(shí)現(xiàn)減排目標(biāo)的重要途徑得到了重點(diǎn)發(fā)展。在各清潔能源和可再生能源中,風(fēng)能具有明顯的優(yōu)勢。使用風(fēng)能滿足電力需求將是未來幾十年的發(fā)展趨勢。海洋風(fēng)能資源比陸上風(fēng)能資源更加豐富,近年來,隨著海洋技術(shù)的發(fā)展,海洋風(fēng)力發(fā)電蓬勃發(fā)展。中國的海洋風(fēng)電資源約有上千兆瓦,具有很大的發(fā)展?jié)摿�。中國渤海海域的風(fēng)電裝機(jī)總?cè)萘亢驮鏊俨粩嘣黾?是海洋風(fēng)能技術(shù)研究、開發(fā)和利用的重要區(qū)域。冬季渤海海域存在大量海冰,冰區(qū)海洋結(jié)構(gòu)會發(fā)生冰激振動和冰激疲勞現(xiàn)象。尤其對于海洋風(fēng)機(jī)這種高度在50 m至70 m的柔性結(jié)構(gòu),海冰的影響會更加顯著。因此,渤海冰區(qū)中的海洋風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)在設(shè)計(jì)、運(yùn)行中應(yīng)考慮海冰的影響。本文主要針對渤海冰區(qū)海洋風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)在冰載荷作用下的疲勞損傷計(jì)算方法進(jìn)行研究。渤海冰區(qū)海洋結(jié)構(gòu)普遍采用安裝抗冰錐體以改變海冰的破壞模式,降低冰載荷的幅值以及避免穩(wěn)態(tài)振動的發(fā)生。因此,本文主要對錐體海洋風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的冰激疲勞展開分析。在進(jìn)行冰激疲勞分析時(shí),首先需要構(gòu)造海冰的疲勞環(huán)境參數(shù)。本文采用的海冰疲勞參數(shù)通過渤海JZ20-2海域長期的監(jiān)測和統(tǒng)計(jì)得到,其包括冰期、冰厚、冰速、冰向。冰向的統(tǒng)計(jì)結(jié)果顯示,海冰流向相對集中在固定方向。因此在疲勞工況劃分中,以冰速和冰厚進(jìn)行工況的劃分。通過冰厚、冰速的概率密度函數(shù)得到二者的聯(lián)合概率分布作為該工況出現(xiàn)的概率。分別通過基于實(shí)測的冰載荷公式和冰載荷譜公式對風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞分析。本文分別采用時(shí)域和頻域兩種方法,對海洋風(fēng)機(jī)在隨機(jī)冰載荷作用下結(jié)構(gòu)的熱點(diǎn)位置、熱點(diǎn)應(yīng)力時(shí)程曲線、熱點(diǎn)應(yīng)力譜和損傷進(jìn)行計(jì)算;然后利用Miner線性累積原理和S-N曲線的方法,計(jì)算風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)在隨機(jī)冰載荷下的的疲勞壽命。最后,針對時(shí)域、頻域兩種方法在計(jì)算海洋風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的隨機(jī)冰激疲勞損傷時(shí),計(jì)算效率、計(jì)算精度等方面進(jìn)行了對比。在對冰載荷的研究中,離散元方法是一種可以有效模擬海冰與結(jié)構(gòu)作用的破壞過程的數(shù)值方法。因此,本文利用球體構(gòu)造海冰離散元模型,球體顆粒單元之間利用平行粘結(jié)模型構(gòu)造出平整冰模型與結(jié)構(gòu)相互作用,得到了不同工況條件下的冰載荷時(shí)程曲線。最后分析了基于離散元方法計(jì)算的冰載荷的風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)的時(shí)域疲勞損傷結(jié)果。
【學(xué)位授予單位】：大連理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM315

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本文編號：2612475