本文關(guān)鍵詞：深水TLP浮式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計(jì)及疲勞特性研究

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【摘要】：能源是工業(yè)發(fā)展的重要物質(zhì)基礎(chǔ),隨著全球工業(yè)化水準(zhǔn)的不斷提高,大規(guī)模使用化石燃料帶來(lái)了嚴(yán)重的環(huán)境災(zāi)難,因此作為替代能源的風(fēng)能得到了快速的發(fā)展。深海風(fēng)能較陸地風(fēng)能有著天然的優(yōu)勢(shì),而TLP浮式風(fēng)機(jī)是開發(fā)中等水深風(fēng)能的有力載體,其結(jié)構(gòu)繼承了TLP平臺(tái)半剛性半順應(yīng)性的優(yōu)點(diǎn),平臺(tái)結(jié)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)頻率跨越在波浪的波頻之外,避免發(fā)生共振,使結(jié)構(gòu)具有良好的動(dòng)力性能。所以,TLP式支撐結(jié)構(gòu)是我國(guó)近海深水風(fēng)機(jī)首選的基礎(chǔ)形式。本文選擇單立柱延展式TLP支撐結(jié)構(gòu),上部搭載5WM風(fēng)力發(fā)電機(jī),水深取為南海北部區(qū)域中等水深(70m～200m),主要進(jìn)行了如下方面的研究：1.建立初始的TLP浮式風(fēng)機(jī)的三維水動(dòng)力模型,計(jì)算作用在支撐結(jié)構(gòu)上的波浪載荷以及平臺(tái)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)的傳遞函數(shù)等水動(dòng)力參數(shù),并將計(jì)算結(jié)果用于后續(xù)的耦合時(shí)域分析。結(jié)果表明,TLP浮式風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)具有良好的運(yùn)動(dòng)性能;2.以模態(tài)分析為基礎(chǔ),對(duì)TLP浮式風(fēng)機(jī)整體結(jié)構(gòu)的動(dòng)力特性進(jìn)行了研究,進(jìn)行了諧響應(yīng)分析、瞬態(tài)分析(時(shí)間歷程分析)。數(shù)值算例的結(jié)果表明,波浪的高階頻率對(duì)TLP浮式風(fēng)機(jī)的支撐結(jié)構(gòu)的垂蕩運(yùn)動(dòng)有明顯的影響；3.基于ANSYS15.0 APDL語(yǔ)言,使用一階優(yōu)化方法,編制了TLP浮式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)(含張力腿系統(tǒng))優(yōu)化設(shè)計(jì)的程序,其中重點(diǎn)考慮了二階和頻力對(duì)系統(tǒng)垂蕩運(yùn)動(dòng)的影響。優(yōu)化算例的結(jié)果接近工程實(shí)例,表明運(yùn)用ANSYS平臺(tái)對(duì)海上風(fēng)機(jī)系統(tǒng)進(jìn)行優(yōu)化設(shè)計(jì)是可行的；4.基于線性累積損傷理論,運(yùn)用時(shí)域疲勞分析方法對(duì)優(yōu)化結(jié)果進(jìn)行疲勞壽命的對(duì)比分析。結(jié)果表明,雖然最優(yōu)的設(shè)計(jì)方案在張力時(shí)程上避開了波浪的高階頻率,但是疲勞壽命的評(píng)估卻不理想,這就需要從其他優(yōu)化結(jié)果(Feasible Sets)中繼續(xù)篩選。本論文對(duì)南海中等水深TLP浮式風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行了運(yùn)動(dòng)特性分析、結(jié)構(gòu)特性分析、結(jié)構(gòu)優(yōu)化分析及疲勞計(jì)算對(duì)比分析。表明：基于ANSYS平臺(tái)的優(yōu)化結(jié)果經(jīng)過(guò)疲勞壽命的評(píng)估后符合海上浮式風(fēng)機(jī)初步設(shè)計(jì)要求。
【學(xué)位授予單位】：中國(guó)海洋大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM315;TU476

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