海上風(fēng)機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)管節(jié)點應(yīng)力集中系數(shù)研究.pdf

1、風(fēng)能是一種既清潔又安全的可再生綠色能源。我國海上有著豐富的風(fēng)能資源，目前海上風(fēng)能的大規(guī)模開發(fā)還存在著諸多挑戰(zhàn)。我國海上風(fēng)機多推薦采用多樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)型式，海上風(fēng)機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)不僅受到波流荷載的作用，更受到頂部風(fēng)機空氣動力荷載的長期作用，從而導(dǎo)致結(jié)構(gòu)發(fā)生疲勞損傷。結(jié)構(gòu)的疲勞破壞往往從節(jié)點開始，管節(jié)點的疲勞損傷是引起結(jié)構(gòu)整體失效破壞的最薄弱環(huán)節(jié)。
　　本文針對海上風(fēng)機的多樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，確定了管節(jié)點的類型。利用有限元分析軟件ANSYS，開展了管節(jié)

2、點應(yīng)力集中系數(shù)SCF的研究。完成的主要工作包括:
　　(1)基于空間幾何理論，針對弦桿和撐桿，分別推導(dǎo)得到焊趾和焊跟的空間曲線方程。并利用MATLAB，編寫了計算程序。
　　(2)分別利用殼單元和實體單元對一簡單K型管節(jié)點建立有限元模型，計算得到該管節(jié)點沿焊縫周向的應(yīng)力集中因子。數(shù)值計算結(jié)果與實驗結(jié)果進行對比，確定采用實體單元進行管節(jié)點熱點應(yīng)力的研究。
　　(3)針對實際三樁和五樁海上風(fēng)機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，開展疲勞工況下荷載組

3、合分析，確定平面K/Y型管節(jié)點和多平面Y型管節(jié)點分別在軸力、面內(nèi)彎矩和面外彎矩作用下的多種加載方式。
　　(4)根據(jù)海上風(fēng)機實際結(jié)構(gòu)的幾何參數(shù)，確定平面管節(jié)點的計算工況，采用實體單元，建立平面K/Y型管節(jié)點有限元模型，開展不同加載方式下的數(shù)值計算，得到SCF沿弦桿和撐桿焊縫的分布。探討了管節(jié)點幾何參數(shù)α、βA、βB、θA、θB對SCF的影響。并將SCF的數(shù)值計算結(jié)果與DNV-RP-C203規(guī)范的計算結(jié)果進行了對比。
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