本文關鍵詞：深水TLP浮式風機支撐結構優(yōu)化設計及疲勞特性研究

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【摘要】：能源是工業(yè)發(fā)展的重要物質基礎,隨著全球工業(yè)化水準的不斷提高,大規(guī)模使用化石燃料帶來了嚴重的環(huán)境災難,因此作為替代能源的風能得到了快速的發(fā)展。深海風能較陸地風能有著天然的優(yōu)勢,而TLP浮式風機是開發(fā)中等水深風能的有力載體,其結構繼承了TLP平臺半剛性半順應性的優(yōu)點,平臺結構的運動頻率跨越在波浪的波頻之外,避免發(fā)生共振,使結構具有良好的動力性能。所以,TLP式支撐結構是我國近海深水風機首選的基礎形式。本文選擇單立柱延展式TLP支撐結構,上部搭載5WM風力發(fā)電機,水深取為南海北部區(qū)域中等水深(70m～200m),主要進行了如下方面的研究：1.建立初始的TLP浮式風機的三維水動力模型,計算作用在支撐結構上的波浪載荷以及平臺運動響應的傳遞函數等水動力參數,并將計算結果用于后續(xù)的耦合時域分析。結果表明,TLP浮式風機結構具有良好的運動性能;2.以模態(tài)分析為基礎,對TLP浮式風機整體結構的動力特性進行了研究,進行了諧響應分析、瞬態(tài)分析(時間歷程分析)。數值算例的結果表明,波浪的高階頻率對TLP浮式風機的支撐結構的垂蕩運動有明顯的影響；3.基于ANSYS15.0 APDL語言,使用一階優(yōu)化方法,編制了TLP浮式風機支撐結構(含張力腿系統(tǒng))優(yōu)化設計的程序,其中重點考慮了二階和頻力對系統(tǒng)垂蕩運動的影響。優(yōu)化算例的結果接近工程實例,表明運用ANSYS平臺對海上風機系統(tǒng)進行優(yōu)化設計是可行的；4.基于線性累積損傷理論,運用時域疲勞分析方法對優(yōu)化結果進行疲勞壽命的對比分析。結果表明,雖然最優(yōu)的設計方案在張力時程上避開了波浪的高階頻率,但是疲勞壽命的評估卻不理想,這就需要從其他優(yōu)化結果(Feasible Sets)中繼續(xù)篩選。本論文對南海中等水深TLP浮式風機支撐結構進行了運動特性分析、結構特性分析、結構優(yōu)化分析及疲勞計算對比分析。表明：基于ANSYS平臺的優(yōu)化結果經過疲勞壽命的評估后符合海上浮式風機初步設計要求。
【學位授予單位】：中國海洋大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2015
【分類號】：TM315;TU476

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