為降低海冰對(duì)結(jié)構(gòu)碰撞造成的損傷,提出在風(fēng)力機(jī)與海平面交界處安置抗冰錐體�；贛atlock與Ralston方法建立海冰與結(jié)構(gòu)碰撞載荷計(jì)算模型,通過(guò)開(kāi)發(fā)海冰載荷計(jì)算模塊并將其與開(kāi)源軟件FAST結(jié)合,建立海上風(fēng)力機(jī)在湍流風(fēng)與海冰實(shí)時(shí)耦合下的動(dòng)力學(xué)仿真模型。結(jié)果表明:未安裝錐體時(shí),塔基剪切力最大值、均值和標(biāo)準(zhǔn)差均隨海冰厚度和海冰移速的增加而增大,其中海冰厚度對(duì)最大值和均值的影響較為顯著,而海冰移速對(duì)標(biāo)準(zhǔn)差的影響較大;安裝錐體后,塔基剪切力最大值與均值分別減小67.8%與41.6%,其標(biāo)準(zhǔn)差顯著減小并趨于穩(wěn)定,從而使得結(jié)構(gòu)疲勞載荷降低。 

【文章來(lái)源】：動(dòng)力工程學(xué)報(bào). 2018,38(09)北大核心CSCD

【文章頁(yè)數(shù)】：7 頁(yè)

【部分圖文】：

圖１安裝錐體前后海上風(fēng)力機(jī)的示意圖（ａ）

碎極限應(yīng)變率／ｓ－１０．０１海冰移速／（ｍ·ｓ－１）０．３海冰厚度／ｍ０．５水的密度／（ｋｇ·ｍ－３）１０００海冰密度／（ｋｇ·ｍ－３）９００等［２０］采用彈簧阻尼系統(tǒng)建立了柔性結(jié)構(gòu)強(qiáng)迫冰激振動(dòng)模型。通過(guò)觀測(cè)位于虎克灣海洋結(jié)構(gòu)的冰力變化，Ｍａｔ－ｌｏｃｋ等［２０］將結(jié)構(gòu)位移對(duì)海冰載荷的反饋?zhàn)饔靡氡ふ駝?dòng)模型，提出冰－錐相互作用模型。如圖２所示，采用等距排列的線性冰齒表示海冰，結(jié)構(gòu)與海圖２Ｍａｔｌｏｃｋ冰－錐作用力模型Ｆｉｇ．２Ｍａｔｌｏｃｋｍｏｄｅｌｏｆｉｃｅ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ冰之間的作用視為彈簧阻尼振子，其中ｍ為質(zhì)量，ｃ為阻尼。冰齒與振子逐一接觸，產(chǎn)生線彈性力，即為強(qiáng)迫振動(dòng)下結(jié)構(gòu)所受的海冰載荷。每個(gè)冰齒存在形變極限，超過(guò)極限后會(huì)發(fā)生斷裂、破碎，可忽略其對(duì)之后冰齒與振子的影響。假設(shè)彈簧振子初始位置為ｘ，第Ｎ段冰齒形變量為Δ。Δ＝ｚ（ｔ）－ｘ（ｔ）－Ｐ（Ｎ－１）（１）式中：ｔ為時(shí)間；ｘ（ｔ）為彈簧振子位置；Ｐ為相鄰冰齒間距；ｚ（ｔ）為冰齒位移。ｚ（ｔ）可表示為：ｚ（ｔ）＝νｉｃｅｔ＋ｚ０（２）式中：νｉｃｅ為冰齒移速；ｚ０為冰齒初始位置。海冰載荷Ｆｉｃｅ表示為：Ｆｉｃｅ＝ＫｉｃｅΔ，０＜Δ＜Δｍａｘ０，Δ≤０或Δ＝Δ烅烄烆ｍａｘ（３）式中：Ｋｉｃｅ為彈簧剛度；Δｍａｘ為冰齒極限形變量。２．

）０．３（１８）式中：ｕ（ｚ）為高度ｚ處的風(fēng)速；ｕｈｕｂ為輪轂高度處的風(fēng)速；ｚｈｕｂ為輪轂高度。由空間相干模型獲得水平風(fēng)速，同一高度相鄰兩點(diǎn)滿足下式：Ｓｇ，ｈ（ｆ）＝Ｃ（Δｒ，ｆ）Ｓｇ，ｇ槡（ｆ）·Ｓｈ，ｈ（ｆ）（１９）式中：ｆ為頻率；Ｓｇ，ｇ（ｆ）和Ｓｈ，ｈ（ｆ）分別為節(jié)點(diǎn)ｇ和ｈ的功率譜密度；Ｓｇ，ｈ（ｆ）為交叉譜密度；Ｃ（Δｒ，ｆ）為光譜相干系數(shù)。圖３為風(fēng)力機(jī)輪轂高度處的風(fēng)速時(shí)域分布。４結(jié)果與分析分別計(jì)算海冰厚度為０．５ｍ、海冰移速為０．３ｍ／ｓ、無(wú)錐體時(shí)風(fēng)力機(jī)在不同工況下的塔基剪切力，風(fēng)力機(jī)分別在風(fēng)冰耦合、湍流風(fēng)和海冰作用下的塔基剪切力如圖４所示。圖３風(fēng)力機(jī)輪轂高度處的風(fēng)速時(shí)域分布Ｆｉｇ．３Ｗｉｎｄｓｐｅｅｄｖａｒｉａｔｉｏｎｉｎｔｉｍｅｄｏｍａｉｎａｔｈｕｂｈｅｉｇｈｔｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅ圖４不同工況下的塔基剪切力Ｆｉｇ．４Ｓｈｅａｒｆｏｒｃｅｏｎｔｏｗｅｒｂａｓｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ圖５給出了不同工況下風(fēng)力機(jī)塔基剪切力的最大值、均值和標(biāo)準(zhǔn)差。由圖４和圖５可知，塔基剪切力隨時(shí)間波動(dòng)劇烈，在風(fēng)冰耦合作用下塔基剪切力最大值、均值和標(biāo)準(zhǔn)差均達(dá)到最大。由塔基剪切力最大值可知，湍流風(fēng)作用對(duì)塔基剪切力的影響大于海冰載荷；由塔基剪切力均值可知，海冰與湍流風(fēng)作用對(duì)風(fēng)力機(jī)塔基的影響效果相當(dāng)；由塔基剪切力標(biāo)準(zhǔn)差可知，與海冰作用相比，風(fēng)力機(jī)在湍流

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]單樁基礎(chǔ)海上風(fēng)力機(jī)遭遇船舶撞擊的動(dòng)力響應(yīng)分析[J]. 周紅杰,李春,丁勤衛(wèi),郝文星.  水資源與水工程學(xué)報(bào). 2017(03)
[2]高速?gòu)?qiáng)湍流風(fēng)況下的風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)[J]. 楊陽(yáng),李春,繆維跑,葉柯華,葉舟.  動(dòng)力工程學(xué)報(bào). 2016(08)
[3]湍流風(fēng)場(chǎng)與地震激勵(lì)聯(lián)合作用下的風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)響應(yīng)[J]. 楊陽(yáng),李春,繆維跑,葉舟,吳攀.  振動(dòng)與沖擊. 2015(21)
[4]風(fēng)波聯(lián)合作用下5MW海上風(fēng)力機(jī)的疲勞載荷特性分析[J]. 安利強(qiáng),孫少華,周邢銀.  可再生能源. 2014(07)
[5]泥沙對(duì)海上風(fēng)力機(jī)單樁式塔架的作用分析[J]. 駱少明,劉波宏,李德源,袁茂圣.  太陽(yáng)能學(xué)報(bào). 2013(11)
[6]海上風(fēng)力機(jī)塔架在風(fēng)波聯(lián)合作用下的動(dòng)力響應(yīng)數(shù)值分析[J]. 李德源,劉勝祥,張湘?zhèn)?  機(jī)械工程學(xué)報(bào). 2009(12)
[7]冰力作用下錐體的合理結(jié)構(gòu)形式及在柱體上設(shè)計(jì)錐體的合理性探討[J]. 史慶增,彭忠.  中國(guó)海上油氣. 2005(05)

博士論文
[1]水平軸風(fēng)力機(jī)三維空氣動(dòng)力學(xué)計(jì)算模型研究[D]. 王強(qiáng).中國(guó)科學(xué)院研究生院（工程熱物理研究所） 2014

碩士論文
[1]基于FAST軟件的大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組系統(tǒng)建模與控制研究[D]. 熊海洋.重慶大學(xué) 2014



本文編號(hào)：3259756