海上風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)抗船撞及抗震性能研究.pdf

1、十余年來海上風(fēng)力發(fā)電在全球方興未艾，成為海上綠色能源開發(fā)和利用的最主要形式。伴隨著海上風(fēng)電場不斷規(guī)劃和興建，其在服役期內(nèi)遭遇船舶撞擊和地震作用將影響風(fēng)機安全運營，甚至出現(xiàn)風(fēng)機倒塌的更嚴重后果，因此，開展不同類型基礎(chǔ)海上風(fēng)機遭遇船舶撞擊的基礎(chǔ)損傷和動力響應(yīng)研究、進行海上風(fēng)機水下振動臺模型試驗分析，對于海上風(fēng)機的安全設(shè)計和正常運營具有重要理論研究意義和實際應(yīng)用價值。
　　本文致力于海上風(fēng)機遭遇船舶撞擊和地震作用的性能研究，首先，基于有

2、限元分析軟件LS-DYNA，研究了船舶風(fēng)機最大碰撞力與船舶質(zhì)量、速度及碰撞角度間關(guān)系，然后從多方面綜合評估了不同類基礎(chǔ)海上風(fēng)機抗撞性能，并針對單樁基礎(chǔ)提出一種防撞裝置，對其進行了優(yōu)化，最后開展了單立柱三樁導(dǎo)管架基礎(chǔ)海上風(fēng)機的水下振動臺模型試驗。論文系統(tǒng)深入地分析了海上風(fēng)機遭遇船舶撞擊和地震作用亟需解決的關(guān)鍵問題和技術(shù)難題，取得了具有一定理論意義和工程價值的科研成果。主要研究工作如下:
　　(1)基于船舶與單樁基礎(chǔ)海上風(fēng)機的碰撞研究

3、，結(jié)果表明船舶初始動能在分別不超過約35 MJ、35MJ、25 MJ時，最大碰撞力與船舶質(zhì)量1/3次方、速度、碰撞角度正弦值成線性關(guān)系，超過時線性關(guān)系不再明顯，提出面積受損率來定量描述受撞風(fēng)機基礎(chǔ)的損傷程度，通過計算可知其能合理反映風(fēng)機基礎(chǔ)的受損區(qū)域和受損面積。
　　(2)針對單樁基礎(chǔ)、單立柱三樁導(dǎo)管架基礎(chǔ)和桁架式導(dǎo)管架基礎(chǔ)海上風(fēng)機遭遇船舶碰撞問題，考慮最大碰撞力、損傷面積、海床面處彎矩最大值、鋼材消耗量和機艙加速度最大值因素，可

4、知桁架式導(dǎo)管架基礎(chǔ)風(fēng)機產(chǎn)生最小碰撞力、損傷面積和機艙加速度及中等彎矩值和鋼材消耗量，得出桁架式導(dǎo)管架基礎(chǔ)海上風(fēng)機具有最佳綜合抗撞性能。
　　(3)針對單樁基礎(chǔ)海上風(fēng)機，提出一種內(nèi)部為天然橡膠、外部為鋼制殼體的防撞裝置，以其質(zhì)量為約束，考慮碰撞力和機艙加速度，對防撞裝置的橡膠硬度、橡膠厚度和鋼殼厚度進行了對比優(yōu)化，得出最佳性能防撞裝置參數(shù)為橡膠硬度10°、橡膠厚度1.5m和鋼殼厚度10 mm，基于一階優(yōu)化算法，提出同時考慮主體結(jié)構(gòu)和