塔筒是海上風(fēng)力機(jī)的重要組成部件,根據(jù)塔筒的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),其通常存在屈服失效、屈曲失效和共振失效三種潛在的失效模式。塔筒的結(jié)構(gòu)參數(shù)直接影響著塔筒結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟(jì)性,同時塔筒在結(jié)構(gòu)尺寸、材料特性和環(huán)境載荷都存在著固有的不確定性。本文針對塔筒的結(jié)構(gòu)特點(diǎn),在極限載荷作用下對NREL海上單樁式5MW基準(zhǔn)風(fēng)機(jī)的塔筒結(jié)構(gòu)在屈服、屈曲和共振三種潛在的失效模式下進(jìn)行整體可靠度分析及優(yōu)化設(shè)計。本文首先對塔筒結(jié)構(gòu)參數(shù)的隨機(jī)性進(jìn)行概率描述,塔筒結(jié)構(gòu)尺寸和材料特性參數(shù)服從正態(tài)分布,塔筒所受的極限載荷服從Gumbel分布。給出各段塔筒結(jié)構(gòu)在屈服、屈曲和共振三種潛在失效模式下的極限狀態(tài)函數(shù),利用一階可靠性分析方法JC法對各狀態(tài)函數(shù)的可靠度進(jìn)行求解,得到各段塔筒結(jié)構(gòu)在單一失效模式下的可靠度。計算各極限狀態(tài)函數(shù)間的相關(guān)系數(shù),結(jié)合概率網(wǎng)絡(luò)估算技術(shù)(PNET)求得塔筒結(jié)構(gòu)在多種失效模式下整體的可靠度,并用蒙特卡羅模擬法(MCS)對可靠度分析結(jié)果進(jìn)行對比驗(yàn)證,得出使用該方法得出的可靠度值具有一定的精度保證。其次,為了保證塔筒結(jié)構(gòu)具有更好的安全性和經(jīng)濟(jì)性,對塔筒結(jié)構(gòu)參數(shù)進(jìn)行可靠度優(yōu)化設(shè)計。將塔筒結(jié)構(gòu)的質(zhì)量作為目標(biāo)函數(shù),將各段塔筒結(jié)構(gòu)的壁厚和塔筒結(jié)構(gòu)頂部和底部的半徑作為優(yōu)化設(shè)計變量,基于屈服、屈曲和共振三種失效模式結(jié)構(gòu)特性的可靠度要求作為約束條件。其中優(yōu)化算法采用的是Polak-He優(yōu)化算法,結(jié)構(gòu)特性可靠度的計算采用的是JC法。最后,使用ANSYS軟件對優(yōu)化后的塔筒結(jié)構(gòu)進(jìn)行靜力、屈曲和模態(tài)分析,得到優(yōu)化后的塔筒結(jié)構(gòu)在極限載荷作用下的結(jié)構(gòu)特性。
【學(xué)位單位】：華北電力大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位年份】：2015
【中圖分類】：TK83
【文章目錄】：
摘要
Abstract
第1章 緒論
    1.1 選題背景及意義
    1.2 海上風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.1 國外海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀
        1.2.2 我國海上風(fēng)電發(fā)展現(xiàn)狀
    1.3 海上風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)概述
    1.4 多失效模式下結(jié)構(gòu)可靠度分析研究現(xiàn)狀
    1.5 基于可靠度結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計研究現(xiàn)狀
    1.6 本文的主要研究工作
第2章 單樁式海上風(fēng)力機(jī)塔筒可靠性分析模型
    2.1 風(fēng)力機(jī)的總體技術(shù)參數(shù)
    2.2 風(fēng)力機(jī)塔筒結(jié)構(gòu)幾何模型
    2.3 風(fēng)力機(jī)塔筒結(jié)構(gòu)載荷
        2.3.1 風(fēng)載荷
        2.3.2 波浪載荷
        2.3.3 海冰載荷
        2.3.4 海流載荷
    2.4 塔筒結(jié)構(gòu)可靠性分析模型
        2.4.1 塔筒可靠性分析基本理論
        2.4.2 塔筒可靠度分析基本參數(shù)隨機(jī)性的概率描述
    2.5 本章小結(jié)
第3章 多失效模式下海上風(fēng)力機(jī)塔筒可靠性分析
    3.1 引言
    3.2 塔筒結(jié)構(gòu)主要失效模式及其功能函數(shù)
        3.2.1 屈服失效及其功能函數(shù)
        3.2.2 屈曲失效及其功能函數(shù)
        3.2.3 共振失效及其功能函數(shù)
    3.3 多失效模式下塔筒結(jié)構(gòu)整體可靠性分析
        3.3.1 可靠性分析模型
        3.3.2 可靠性分析計算
        3.3.3 可靠性分析結(jié)果
    3.4 蒙特卡羅模擬法可靠性分析驗(yàn)證
    3.5 本章小結(jié)
第4章 塔筒結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化設(shè)計
    4.1 引言
    4.2 塔筒結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化設(shè)計數(shù)學(xué)模型
        4.2.1 設(shè)計變量
        4.2.2 約束條件
        4.2.3 目標(biāo)函數(shù)
    4.3 塔筒結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化設(shè)計
        4.3.1 可靠性優(yōu)化設(shè)計流程
        4.3.2 可靠性優(yōu)化設(shè)計結(jié)果
    4.4 塔筒結(jié)構(gòu)優(yōu)化結(jié)果有限元分析
        4.4.1 塔筒結(jié)構(gòu)靜力分析
        4.4.2 塔筒結(jié)構(gòu)屈曲分析
        4.4.3 塔筒結(jié)構(gòu)模態(tài)分析
    4.5 本章小結(jié)
第5章 結(jié)論與展望
    5.1 結(jié)論
    5.2 展望
參考文獻(xiàn)
攻讀碩士學(xué)位期間發(fā)表的學(xué)術(shù)論文及其它成果
致謝

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