本文關(guān)鍵詞：基于ANSYS的導管架式海上風力發(fā)電機組支撐結(jié)構(gòu)分析

  更多相關(guān)文章： 海上風電 支撐結(jié)構(gòu) 導管架 有限元 優(yōu)化

【摘要】：海上風能是一種具有廣闊前景的清潔能源,但其開發(fā)受高成本制約。在海上風電場建設(shè)成本中,風力發(fā)電機組支撐結(jié)構(gòu)占很大一部分。對支撐結(jié)構(gòu)進行研究可以通過技術(shù)手段降低海上風電場建設(shè)成本,這對于推進海上風能開發(fā)具有重要意義。在幾種海上風力發(fā)電機組支撐結(jié)構(gòu)中,導管架式支撐結(jié)構(gòu)適用范圍廣,有諸多優(yōu)勢,因此本文選取導管架式海上風力發(fā)電機組支撐結(jié)構(gòu)進行研究。首先,本文介紹了海上風力發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀、海上風力發(fā)電機組支撐結(jié)構(gòu)類型以及國內(nèi)外對導管架式支撐結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀,給出了海上風力發(fā)電機組及支撐結(jié)構(gòu)所受風、波浪、海流等幾種環(huán)境荷載的計算方法。針對海上風力發(fā)電機組支撐結(jié)構(gòu)主要承受水平荷載的特點,詳細闡述了樁基礎(chǔ)和地基土體的相互作用和土反力的計算。然后,借助ANSYS有限元軟件,建立導管架式海上風力發(fā)電機組支撐結(jié)構(gòu)有限元模型,將樁基礎(chǔ)與導管架部分整體考慮,塔筒與導管架的過渡段采用桿系形式的過渡段。對不同工況下的導管架式海上風力發(fā)電機組支撐結(jié)構(gòu)進行了靜力分析、模態(tài)分析和瞬態(tài)分析。分析結(jié)果表明支撐結(jié)構(gòu)導管架部分和樁基礎(chǔ)部分統(tǒng)一和分開考慮來分析結(jié)構(gòu)特性時,分析結(jié)果存在較大差異,且在結(jié)構(gòu)設(shè)計過程中應(yīng)關(guān)注結(jié)構(gòu)的動力特性。最后,以幾何尺寸為設(shè)計變量,應(yīng)力、應(yīng)變等為約束變量,結(jié)構(gòu)用鋼量為目標函數(shù)建立起導管架式海上風力發(fā)電機組支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)化模型,通過ANSYS自帶優(yōu)化模塊進行了優(yōu)化分析。優(yōu)化結(jié)果使導管架式支撐結(jié)構(gòu)在滿足穩(wěn)定的條件下減少了約20%的用鋼量,對于海上風電場建設(shè)具有重要經(jīng)濟意義。本文對導管架式支撐結(jié)構(gòu)進行了有限元靜力分析、動力分析和優(yōu)化分析,得出的研究成果對于導管架式海上風力發(fā)電機組支撐結(jié)構(gòu)的合理設(shè)計,從而推動海上風能開發(fā)向更深水域推進提供了一定的參考。
【關(guān)鍵詞】：海上風電 支撐結(jié)構(gòu) 導管架 有限元 優(yōu)化
【學位授予單位】：華北電力大學(北京)
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2016
【分類號】：TM315;TU476
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-18
• 1.1 研究背景與意義11-14
• 1.1.1 海上風力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀11-12
• 1.1.2 海上風力發(fā)電機組支撐結(jié)構(gòu)類型12-14
• 1.2 國內(nèi)外海上風力發(fā)電機組支撐結(jié)構(gòu)研究現(xiàn)狀14-17
• 1.2.1 荷載分析與計算15
• 1.2.2 樁與海床相互作用15-16
• 1.2.3 部件連接與防沖刷腐蝕16
• 1.2.4 優(yōu)化設(shè)計16-17
• 1.3 海上風力發(fā)電機組支撐結(jié)構(gòu)發(fā)展趨勢17
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容17-18
• 第2章 導管架式海上風力發(fā)電機組支撐結(jié)構(gòu)荷載18-33
• 2.1 風荷載18-19
• 2.1.1 風輪風荷載18-19
• 2.1.2 塔筒風荷載19
• 2.2 波浪荷載19-25
• 2.2.1 莫里森方程19-20
• 2.2.2 莫里森方程的修正20-21
• 2.2.3 斯托克斯五階波理論21-25
• 2.2.4 水動力系數(shù)25
• 2.3 海流荷載25-26
• 2.4 樁土相互作用26-28
• 2.4.1 水平承載樁的撓曲方程26-27
• 2.4.2 地基反力27-28
• 2.5 P-Y曲線法28-31
• 2.5.1 軟粘土中的P-Y曲線28-29
• 2.5.2 砂土中的P-Y曲線29-31
• 2.5.3 硬粘土中的P-Y曲線31
• 2.6 荷載組合31-32
• 2.7 本章小結(jié)32-33
• 第3章 導管架式海上風力發(fā)電機組支撐結(jié)構(gòu)有限元分析33-57
• 3.1 有限元法簡介33
• 3.2 ANSYS簡介33-34
• 3.3 ANSYS單元介紹34-36
• 3.3.1 PIPE5934-36
• 3.3.2 COMBIN3936
• 3.4 有限元模型36-41
• 3.4.1 海上風力發(fā)電機組參數(shù)36-37
• 3.4.2 支撐結(jié)構(gòu)布置和尺寸37-38
• 3.4.3 有限元模型38-41
• 3.5 荷載計算41-44
• 3.5.1 風荷載41-42
• 3.5.2 波浪和海流荷載42-43
• 3.5.3 土反力和P-Y曲線43-44
• 3.6 靜力分析44-48
• 3.7 模態(tài)分析48-52
• 3.7.1 模態(tài)分析理論48-49
• 3.7.2 模態(tài)分析步驟49
• 3.7.3 模態(tài)分析結(jié)果分析49-52
• 3.8 瞬態(tài)分析52-56
• 3.8.1 瞬態(tài)分析理論52
• 3.8.2 瞬態(tài)分析步驟52-53
• 3.8.3 瞬態(tài)分析結(jié)果分析53-56
• 3.9 本章小結(jié)56-57
• 第4章 導管架式海上風力發(fā)電機組支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)化57-67
• 4.1 結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計概述57-58
• 4.1.1 設(shè)計變量57
• 4.1.2 約束條件57-58
• 4.1.3 目標函數(shù)58
• 4.2 ANSYS優(yōu)化模塊58-59
• 4.2.1 零階優(yōu)化法58
• 4.2.2 一階優(yōu)化法58-59
• 4.2.3 優(yōu)化工具59
• 4.3 優(yōu)化設(shè)計模型59-60
• 4.3.1 導管架式海上風力發(fā)電機組支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計變量60
• 4.3.2 導管架式海上風力發(fā)電機組支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)化目標函數(shù)60
• 4.3.3 導管架式海上風力發(fā)電機組支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)化約束條件60
• 4.4 優(yōu)化分析60-64
• 4.5 優(yōu)化結(jié)果64-65
• 4.6 本章小結(jié)65-67
• 第5章 結(jié)論與展望67-70
• 5.1 結(jié)論67-68
• 5.2 展望68-70
• 參考文獻70-75
• 附錄75-77
• 攻讀碩士學位期間發(fā)表的論文77-78
• 致謝78

【相似文獻】

中國期刊全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 ;風力發(fā)電機組項目[J];機電新產(chǎn)品導報;2002年11期

2 黃順禮;;世界最大的風力發(fā)電機組[J];電氣技術(shù);2004年11期

3 許移慶;冀東;;風力發(fā)電機組塔架仿真和分析[J];能源研究與信息;2006年02期

4 王哲;;關(guān)于風力發(fā)電機組狀態(tài)監(jiān)測的思考[J];中國設(shè)備工程;2007年04期

5 李興國;何玉林;金鑫;;風力發(fā)電機組系統(tǒng)建模與仿真[J];重慶大學學報;2008年11期

6 董正茂;田德;王海寬;魏玉通;王麗麗;胡學敏;許明;;濃縮風能型風力發(fā)電機組的安裝、使用與維護[J];農(nóng)村牧區(qū)機械化;2008年06期

7 ;遼寧將生產(chǎn)世界先進的風力發(fā)電機組核心部件[J];電站輔機;2008年02期

8 ;風力發(fā)電機組不斷向大型化發(fā)展[J];東方電機;2008年05期

9 賀廣零;;風力發(fā)電機組風場模擬[J];中國電機工程學報;2009年29期

10 張俊妍;;風力發(fā)電機組的裝配技術(shù)[J];才智;2009年32期

中國重要會議論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 劉樺;鄧良;廖暉;;水平軸風力發(fā)電機組通用動力學建模研究[A];中國動力工程學會透平專業(yè)委員會2011年學術(shù)研討會論文集[C];2011年

2 楊旭坤;;風力發(fā)電機組火災危險性及防范措施研究[A];2010中國消防協(xié)會科學技術(shù)年會論文集[C];2010年

3 陳飛;陳鵬飛;吳威;;淺談風力發(fā)電機組防雷要點[A];S13 第十屆防雷減災論壇——雷電災害與風險評估[C];2012年

4 劉樺;鄧良;廖暉;;水平軸風力發(fā)電機組通用動力學建模研究[A];中國農(nóng)業(yè)機械工業(yè)協(xié)會風能設(shè)備分會2011年度論文集（上）[C];2011年

5 程朗;;電網(wǎng)友好型風力發(fā)電機組性能及應(yīng)用[A];中國農(nóng)業(yè)機械工業(yè)協(xié)會風能設(shè)備分會2011年度論文集（上）[C];2011年

6 鞠偉華;王振鵬;;風力發(fā)電機組火災防范初探[A];中國農(nóng)業(yè)機械工業(yè)協(xié)會風能設(shè)備分會2012年度論文集（上）[C];2012年

7 ;南車株洲所高海拔型風力發(fā)電機組入主貴州[A];《電站信息》2012年第9期[C];2012年

8 李龍剛;馬強;許斌;;風力發(fā)電機組鑄件解析[A];中國農(nóng)業(yè)機械工業(yè)協(xié)會風能設(shè)備分會2013年度論文集（上）[C];2013年

9 李衛(wèi)東;丁鈞;孫樵;;幾種常見風力發(fā)電機組的對比分析[A];中國農(nóng)業(yè)機械工業(yè)協(xié)會風能設(shè)備分會2013年度論文集（上）[C];2013年

10 莊嚴;紀國瑞;王峰;;風力發(fā)電機組的防雷與接地工藝設(shè)計(上)[A];中國農(nóng)業(yè)機械工業(yè)協(xié)會風能設(shè)備分會2013年度論文集（上）[C];2013年

中國重要報紙全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 黃欣　李敏蕾;風力發(fā)電機組進口乘“風”上揚[N];科技日報;2007年

2 記者楊星;在我市合作開發(fā)風力發(fā)電機組[N];鄂爾多斯日報;2009年

3 許元強;宜興首臺風力發(fā)電機組成功發(fā)電[N];無錫日報;2010年

4 記者 楊娜;西安金風首批風力發(fā)電機組下線[N];中國電力報;2010年

5 龍聞;朝陽遠大風力發(fā)電機組項目進展迅速[N];朝陽日報;2010年

6 通訊員 狄偉;新型高效風力發(fā)電機組項目落戶高新區(qū)[N];萊蕪日報;2010年

7 陳曉建;我國首臺1.5兆瓦風力發(fā)電機組下線[N];中國質(zhì)量報;2007年

8 本報記者 賴文忠;讓風力發(fā)電機組寫上“福建制造”[N];福建日報;2007年

9 通訊員 吳瑞芳;30萬千瓦風力發(fā)電機組制造項目落戶賽罕區(qū)[N];呼和浩特日報(漢);2006年

10 記者 楊石明;風力發(fā)電機組生產(chǎn)項目落戶高新區(qū)[N];益陽日報;2007年

中國博士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 張寅;液壓型風力發(fā)電機組功率平滑控制研究[D];燕山大學;2016年

2 吳宏鋼;風力發(fā)電機組振動檢測及噪聲評估研究[D];重慶大學;2010年

3 劉軍;風力發(fā)電機組控制策略優(yōu)化與實驗平臺研究[D];重慶大學;2011年

4 金鑫;風力發(fā)電機組系統(tǒng)建模與仿真研究[D];重慶大學;2007年

5 盧YmtD;風力發(fā)電機組動力模型及循環(huán)變槳控制策略研究[D];沈陽工業(yè)大學;2012年

6 何偉;湍流風場模擬與風力發(fā)電機組載荷特性研究[D];華北電力大學;2013年

7 劉樺;風電機組系統(tǒng)動力學模型及關(guān)鍵零部件優(yōu)化研究[D];重慶大學;2009年

8 陳廣華;風力發(fā)電機組組合式葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計研究[D];華北電力大學;2013年

9 徐寶清;水平軸風力發(fā)電機組風輪葉片優(yōu)化設(shè)計研究[D];內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學;2010年

10 葉杭冶;大型并網(wǎng)風力發(fā)電機組控制算法研究[D];浙江大學;2008年

中國碩士學位論文全文數(shù)據(jù)庫 前10條

1 丁顯;基于振動和載荷監(jiān)測的風力發(fā)電機組失效分析[D];華北電力大學;2012年

2 葉壯壯;液壓型落地式風力發(fā)電機組主傳動系統(tǒng)特性與穩(wěn)速控制研究[D];燕山大學;2015年

3 孫廣;2MW風力發(fā)電機組變槳傳動系統(tǒng)設(shè)計研究[D];大連理工大學;2015年

4 馬偉娜;直驅(qū)型風力發(fā)電機組高電壓穿越技術(shù)研究與應(yīng)用[D];華北電力大學;2015年

5 閆桂山;液壓型風力發(fā)電機組低電壓穿越控制研究[D];燕山大學;2015年

6 王惠斌;大型風力發(fā)電機組變槳距控制策略的研究[D];東北石油大學;2010年

7 羅清順;大型變速變槳風力發(fā)電機組的先進控制技術(shù)研究[D];浙江大學;2016年

8 周建輝;風力發(fā)電機組出質(zhì)保期驗收流程優(yōu)化研究[D];吉林大學;2016年

9 趙潞翔;雙饋風力發(fā)電機組功率控制策略研究[D];北京林業(yè)大學;2016年

10 徐斯銳;雙饋風力發(fā)電變流器控制策略及低/高電壓穿越技術(shù)研究[D];上海電機學院;2016年

，

本文編號：535989