波浪作用下海上風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)與基礎(chǔ)相互作用與動(dòng)力分析研究.pdf

1、隨著傳統(tǒng)能源煤、石油等的日益枯竭，可再生能源的開發(fā)在中國越來越顯得重要。而風(fēng)能作為新一代清潔的可再生能源之一，其發(fā)展前景相當(dāng)廣闊，發(fā)展勢(shì)頭也相當(dāng)良好。中國風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，尤其是近海風(fēng)力發(fā)電?？墒墙ｏL(fēng)電發(fā)展有著其特殊的技術(shù)難點(diǎn)。特殊的海上環(huán)境條件給風(fēng)電機(jī)組的設(shè)計(jì)施工帶來相當(dāng)?shù)睦щy。近海風(fēng)電機(jī)組設(shè)計(jì)所要考慮的環(huán)境荷載比較復(fù)雜，有風(fēng)、波浪和海流等荷載。這些環(huán)境荷載對(duì)著風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)與設(shè)計(jì)起著決定性的作用。其中波浪荷載作為風(fēng)機(jī)的控制荷載，荷載的大

2、小直接決定著風(fēng)機(jī)塔底所承受的剪力和傾覆力矩。同時(shí)，波浪荷載還存在著周期性，直接影響著風(fēng)機(jī)的疲勞?？梢姴ɡ撕奢d對(duì)近海風(fēng)機(jī)的設(shè)計(jì)和研究有著重大意義。
　　本文以江蘇某海域水文地質(zhì)條件為基礎(chǔ)，海上單樁結(jié)構(gòu)風(fēng)電機(jī)組為例，采用了三維整體有限元建模，詳細(xì)地分析了波浪作用下不同因素—結(jié)構(gòu)速度、不同彈塑性模型和不同波浪理論對(duì)于海上單樁結(jié)構(gòu)風(fēng)電機(jī)組動(dòng)力響應(yīng)的影響。本文主要工作內(nèi)容如下:
　　1、本文歸納比較了常見波浪理論—線性波、STOKES

3、波和流函數(shù)理論的理論基礎(chǔ)及公式表達(dá)。根據(jù)各個(gè)波浪理論的理論基礎(chǔ)總結(jié)了其各自的適用條件和流函數(shù)理論及其數(shù)值解法。編寫了能夠求解任意階流函數(shù)的Matlab計(jì)算程序，并且通過最速下降法和線性擬合法，將流函數(shù)數(shù)值解法中的非線性方程組求解問題轉(zhuǎn)化為無約束最優(yōu)化問題，實(shí)現(xiàn)了算法優(yōu)化作用，提高了流函數(shù)數(shù)值解法的收斂性。定義了基于線性波和stokes波理論的穩(wěn)定系數(shù)，驗(yàn)證了數(shù)值解法的可靠性。并且依據(jù)編寫的Matlab程序，比較了相同波浪參數(shù)不同波浪理論

4、下所求速度和加速度場的差距。
　　2、本文匯總并討論了土體常見的彈塑性本構(gòu)模型?；谟邢拊浖嗀BAQUS中的AQUA平臺(tái)，介紹了AQUA平臺(tái)中的線性波和STOKES波的分布加載方法，并開發(fā)了基于該平臺(tái)支持流函數(shù)波的波浪子程序UWAVE。
　　3、本文基于江蘇某海域水文地質(zhì)條件，建立了以梁單元模擬樁體、實(shí)體單元模擬土體，以節(jié)點(diǎn)自由度耦合模擬樁土相互作用的樁土相互作用的ABAQUS有限元數(shù)值模型，并通過有限元計(jì)算分析驗(yàn)證了數(shù)值

5、模型可靠性。
　　4、本文通過有限元軟件ABAQUS對(duì)波浪作用下海上單樁式風(fēng)電機(jī)組的動(dòng)力響應(yīng)進(jìn)行了分析，探討了在動(dòng)力分析中，不同人工邊界對(duì)于波浪動(dòng)力分析的適用性以及不同彈塑性模型、結(jié)構(gòu)速度和波浪理論對(duì)于波浪作用下單樁式風(fēng)電機(jī)組動(dòng)力響應(yīng)的影響，得出部分值得借鑒的結(jié)論。
　　5、本文根據(jù)海上風(fēng)電機(jī)組的工況和情況，提出了針對(duì)海上風(fēng)機(jī)抗波浪設(shè)計(jì)準(zhǔn)則，建議了海上風(fēng)電機(jī)組樁基設(shè)計(jì)中的荷載組合和相關(guān)位移公式，得出固定人工邊界在波浪動(dòng)力分析