本文關(guān)鍵詞：海洋結(jié)構(gòu)隨機波浪荷載與快速動力響應(yīng)計算方法及試驗研究

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【摘要】：隨著陸地資源的日益短缺,海洋資源的開發(fā)與利用得到世界各國的廣泛關(guān)注。目前,風(fēng)能與油氣資源是開發(fā)利用的主要海洋資源,海洋結(jié)構(gòu)是開發(fā)利用海洋資源的基礎(chǔ),隨機波浪荷載計算、結(jié)構(gòu)動力特性及動力響應(yīng)分析是海洋結(jié)構(gòu)設(shè)計的重要部分。一方面,海上風(fēng)電開發(fā)最簡單、最常用的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)是單樁結(jié)構(gòu),但現(xiàn)有的商業(yè)軟件雖能夠計算作用于基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)上總的隨機波浪力,但很難得到各個位置處的波浪荷載時程。另一方面,隨著資源開發(fā)不斷向深海發(fā)展,海洋結(jié)構(gòu)變得越來越復(fù)雜,如何快速求解結(jié)構(gòu)的振動特性以及動力響應(yīng),在保證計算精度的前提下提高計算效率,一直是學(xué)者們研究的熱點。本文以隨機波浪理論為基礎(chǔ),依據(jù)海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)設(shè)計規(guī)范DNV-OS-J101與IEC 61400-3,編寫了求解單樁結(jié)構(gòu)任意位置處單位長度上隨機波浪荷載計算程序,包括荷載譜離散及借助傳遞函數(shù)兩種方式。同時,考慮了自由面修正以及海流對隨機波浪荷載的影響,使程序能夠計算自由面以上部位的波浪力時程。程序計算結(jié)果與與商業(yè)軟件計算結(jié)果在時域、頻域上進行了對比,其結(jié)果表明所編制程序在正常工況(NSS)、危險工況(SSS)具有很好的吻合,在極端工況(ESS)時有一定的偏差,其原因在于商業(yè)軟件選用的流模型未知,而本程序選用1/7流模型。該程序也通過開展隨機波浪單樁結(jié)構(gòu)物理模型試驗進行了驗證。以保證海上復(fù)雜結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)分析精度并提高其計算效率為目的,本文首先編寫了結(jié)構(gòu)振動特性與動力響應(yīng)計算程序,并以一座導(dǎo)管架基礎(chǔ)海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)為研究對象,通過與商業(yè)軟件ANSYS計算結(jié)果的對比分析,驗證程序的正確性。其次,研究了運用模態(tài)綜合法、靜力縮聚及動力縮聚方法,編制了計算程序,開展了導(dǎo)管架基礎(chǔ)海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)動力縮聚研究,詳細研究了縮聚結(jié)構(gòu)固有頻率及其在不同條件下結(jié)構(gòu)位移響應(yīng)與原結(jié)構(gòu)的差別,并對比分析了靜力與動力自由度凝聚方法凝聚結(jié)構(gòu)的固有頻率與位移響應(yīng)的差別�？紤]到縮聚結(jié)構(gòu)的特性與諸多因素有關(guān),本文針對縮聚結(jié)構(gòu)的主自由,詳細研究了縮聚結(jié)構(gòu)固有頻率及位移響應(yīng)與主自由度數(shù)、主自由度選取的關(guān)系。所開發(fā)的隨機波浪荷載計算程序能夠計算單樁結(jié)構(gòu)任意位置處的波浪荷載時程,所探討的復(fù)雜結(jié)構(gòu)自由度縮減技術(shù)能夠在確保計算精度的前提下大大提高計算效率,從而為海洋風(fēng)能開發(fā)從岸灘到更深海提供技術(shù)支撐。
【關(guān)鍵詞】：隨機波浪 自由度凝聚 動力響應(yīng) 試驗研究
【學(xué)位授予單位】：中國海洋大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TV139.2;TM614
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1. 緒論10-17
• 1.1 引言10-11
• 1.2 國內(nèi)外研究現(xiàn)狀11-16
• 1.2.1 隨機波浪荷載的研究現(xiàn)狀11-13
• 1.2.2 隨機波浪荷載計算存在的問題13
• 1.2.3 復(fù)雜結(jié)構(gòu)縮聚技術(shù)研究現(xiàn)狀13-15
• 1.2.4 結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)研究現(xiàn)狀15
• 1.2.5 結(jié)構(gòu)縮聚存在的問題15-16
• 1.3 本文主要研究內(nèi)容16-17
• 2 波浪理論及荷載計算17-28
• 2.1 規(guī)則波浪理論18-22
• 2.1.1 線性波浪理論18-19
• 2.1.2 非線性波浪理論19-22
• 2.2 隨機波浪理論22-25
• 2.2.1 波浪譜23-24
• 2.2.2 波浪模型24-25
• 2.3 波浪載荷計算25-27
• 2.4 小結(jié)27-28
• 3 大型復(fù)雜結(jié)構(gòu)振動特性與動力響應(yīng)簡化計算理論28-38
• 3.1 結(jié)構(gòu)自由度凝聚方法28-35
• 3.1.1 靜力凝聚法28-30
• 3.1.2 動力凝聚法30-31
• 3.1.3 模態(tài)綜合法31-35
• 3.2 結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)常用數(shù)值方法35-37
• 3.3 小結(jié)37-38
• 4 海上風(fēng)機結(jié)構(gòu)振動特性以及動力響應(yīng)研究38-52
• 4.1 風(fēng)機結(jié)構(gòu)介紹以及有限元模型建立38-41
• 4.2 結(jié)構(gòu)振動特性、動力響應(yīng)計算及自編程序驗證41-49
• 4.2.1 結(jié)構(gòu)振動特性計算驗證41-42
• 4.2.2 結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)計算結(jié)果對比42-49
• 4.3 固定界面模態(tài)綜合法結(jié)構(gòu)振動特性計算49-50
• 4.4 小結(jié)50-52
• 5 靜力縮聚結(jié)構(gòu)振動特性及動力響應(yīng)研究52-74
• 5.1 主自由度數(shù)對靜力縮聚結(jié)構(gòu)響應(yīng)影響研究52-65
• 5.2 不同主自由度對靜力縮聚結(jié)構(gòu)響應(yīng)影響研究65-72
• 5.3 小結(jié)72-74
• 6 動力凝聚縮聚結(jié)構(gòu)振動特性及動力響應(yīng)對比研究74-96
• 6.1 主自由度數(shù)對動力縮聚結(jié)構(gòu)響應(yīng)影響研究74-88
• 6.2 不同主自由度對動力縮聚結(jié)構(gòu)響應(yīng)影響研究88-95
• 6.3 小結(jié)95-96
• 7 隨波波浪荷載數(shù)值及物理模型實驗研究96-106
• 7.1 隨機波浪荷載計算數(shù)值驗證96-101
• 7.1.1 隨機波浪波高對比驗證96-101
• 7.2 隨機波浪物理模型試驗驗證101-105
• 7.2.1 試驗?zāi)康?/span>101
• 7.2.2 物理模型簡介101-102
• 7.2.3 試驗條件及參數(shù)測量設(shè)備102
• 7.2.4 試驗測試工況102-103
• 7.2.5 試驗結(jié)果對比103-105
• 7.3 小結(jié)105-106
• 8 總結(jié)與展望106-108
• 8.1 結(jié)論106
• 8.2 創(chuàng)新性106
• 8.3 展望106-108
• 參考文獻108-110
• 致謝110-111
• 個人簡歷111-112
• 個人成果112

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本文編號：652104