【摘要】：海上風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)多由鋼管焊接而成,在復(fù)雜的海洋環(huán)境荷載以及上部風(fēng)機(jī)荷載的聯(lián)合作用下,結(jié)構(gòu)連接處容易產(chǎn)生應(yīng)力集中,極易發(fā)生疲勞破壞,結(jié)構(gòu)連接處是基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計的重點和難點；為保證海上風(fēng)機(jī)在其設(shè)計壽命期內(nèi)正常運(yùn)作,有必要對海上風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行疲勞壽命分析。 本文以某風(fēng)電場海上風(fēng)機(jī)三樁支撐結(jié)構(gòu)為研究對象,選取疲勞分析關(guān)鍵區(qū)域,對該結(jié)構(gòu)進(jìn)行了詳細(xì)的疲勞壽命分析,為類似海上風(fēng)機(jī)支撐結(jié)構(gòu)的疲勞壽命分析以及進(jìn)一步的研究提供了借鑒和參考,本文主要工作如下： (1)論文首先介紹了疲勞壽命分析的基本理論與方法,包括線性、雙線性、非線性累積損傷理論、概率Miner理論以及疲勞累積損傷動態(tài)統(tǒng)計模型理論,并對目前應(yīng)用最為廣泛且形式較為簡單的Palmgren Miner線性累積損傷理論以及S-N曲線進(jìn)行了重點介紹與分析。 (2)基于大型通用有限元分析軟件ANSYS建立了海上風(fēng)機(jī)三樁支撐結(jié)構(gòu)的“樁土——支撐結(jié)構(gòu)”整體有限元模型,并對疲勞壽命分析關(guān)鍵區(qū)域建立了局部精細(xì)化有限元模型；利用整體有限元模型計算的位移值作為局部精細(xì)化有限元模型的邊界條件,該方法同時解決了殼單元無法直接考慮波流荷載以及管單元應(yīng)力計算不準(zhǔn)確的問題； (3)分析了有限元網(wǎng)格密度對熱點應(yīng)力的影響；對于撐桿需要劃分與其軸線相平行的有限元網(wǎng)格,對于弦桿需劃分垂直于焊縫的有限元網(wǎng)格；給出了海上風(fēng)機(jī)三樁支撐結(jié)構(gòu)疲勞計算關(guān)鍵點的選取方法； (4)采用熱點應(yīng)力的疲勞壽命分析方法,參考挪威船級社海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)設(shè)計規(guī)范中給出的S-N曲線,根據(jù)Palmgren Miner線性累積損傷準(zhǔn)則,分別分析了波浪荷載以及風(fēng)機(jī)荷載對海上風(fēng)機(jī)三樁支撐結(jié)構(gòu)疲勞壽命的影響,并考慮了疲勞荷載作用方向以及平均應(yīng)力對疲勞壽命的影響； (5)分析了海上風(fēng)機(jī)三樁支撐結(jié)構(gòu)在風(fēng)、浪聯(lián)合作用下,多種耦合方法(疲勞累積損傷值簡單線性疊加方法、二次疊加方法、等效應(yīng)力同相疊加以及等效應(yīng)力異相疊加方法)對結(jié)構(gòu)疲勞壽命的影響,并給出了推薦做法。
[Abstract]:The support structure of offshore fan is mostly made of welded steel pipe. Under the combined action of complex marine environment load and upper fan load, the stress concentration is easily produced in the connection of the structure, and fatigue damage is easy to occur. In order to ensure the normal operation of offshore fan during its design life, it is necessary to analyze the fatigue life of the supporting structure of offshore fan. In this paper, the three-pile supporting structure of offshore fan in a wind farm is taken as the research object, and the fatigue life of the structure is analyzed in detail by selecting the key area of fatigue analysis. The main work of this paper is as follows: (1) the basic theory and method of fatigue life analysis, including linearity, are introduced in this paper. Bilinear, nonlinear cumulative damage theory, probabilistic Miner theory and fatigue cumulative damage dynamic statistical model theory, The linear cumulative damage theory of Palmgren Miner and S-N curve, which are widely used and simple at present, are introduced and analyzed emphatically. (2) based on the large-scale general finite element analysis software ANSYS, the offshore fan is established. The "pile-soil-braced structure" integral finite element model of three-pile bracing structure, The local fine finite element model is established for the key area of fatigue life analysis, and the displacement value calculated by the global finite element model is used as the boundary condition of the local refined finite element model. The method solves the problem that the shell element can not directly consider the wave and current load and the calculation of the stress of the pipe element is inaccurate. (3) the influence of the finite element mesh density on the hot spot stress is analyzed. The finite element mesh parallel to its axis and the finite element mesh perpendicular to the weld seam should be divided for the bracing rod, and the method of selecting the key points for fatigue calculation of the three piles supporting structure of offshore fan is given. (4) using the fatigue life analysis method of hot spot stress, referring to the S-N curve given in the Norse Classification Society Marine Fan Foundation Design Code, according to the Palmgren Miner linear cumulative damage criterion, The influence of wave load and fan load on fatigue life of offshore fan three-pile supporting structure is analyzed, and the effect of the direction of fatigue load and the average stress on fatigue life is considered. (5) several coupling methods (fatigue cumulative damage value simple linear superposition method, secondary superposition method) under the combined action of wind and wave are analyzed. The effect of equivalent stress in-phase superposition and equivalent stress heterogeneous superposition on the fatigue life of structures is discussed and the recommended methods are given.
【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】：2013
【分類號】：TU312

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2155630