樁基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的變異性設(shè)計及其性能優(yōu)化的研究.pdf

1、海上風(fēng)機(jī)主要由三部分組成，即樁腿部分、樁基礎(chǔ)部分以及風(fēng)機(jī)部分。樁基礎(chǔ)的成本占總成本的23％，海上風(fēng)電的高成本投入制約著海上風(fēng)電的發(fā)展。海上樁基礎(chǔ)風(fēng)機(jī)的工作工況比較惡劣，除了需要承受風(fēng)、浪、流載荷還要受到地震載荷等的作用，同時需要進(jìn)行特殊的防腐蝕處理等。在滿足樁基礎(chǔ)剛度、強(qiáng)度及屈曲壓力的前提下，若能降低樁基礎(chǔ)的重量即可達(dá)到降低總成本的作用。
　　首先，本文應(yīng)用挪威船級社的標(biāo)準(zhǔn)，對三樁基礎(chǔ)進(jìn)行概念建模，得到等直徑撐桿三樁基礎(chǔ)總裝模型。

2、在等直徑標(biāo)準(zhǔn)模型的基礎(chǔ)上，應(yīng)用變異性原理中的結(jié)構(gòu)及截面變異原理，對樁基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)和撐桿的截面形式進(jìn)行變異性設(shè)計。
　　其次，基于流固耦合計算方法，應(yīng)用的質(zhì)量守恒方程、動量守恒方程、能量守恒方程，對風(fēng)、浪、流條件下的三樁基礎(chǔ)總裝模型系統(tǒng)進(jìn)行外載荷數(shù)學(xué)建模，得到了三樁基礎(chǔ)總裝模型的力學(xué)特性。并應(yīng)用流體力學(xué)（CFD）中的CFX軟件數(shù)值模擬了總裝模型的流固耦合特性，對樁基礎(chǔ)的速度及壓力場進(jìn)行性能分析。
　　再次，應(yīng)用數(shù)學(xué)方法計算樁基礎(chǔ)

3、承受的風(fēng)、浪、流外載荷，對截面變異模型應(yīng)用計算力加載，通過對比結(jié)構(gòu)及截面變異模型的結(jié)果，得到同等工況條件下應(yīng)力和總位移最小的模型，為多目標(biāo)優(yōu)化做好準(zhǔn)備。
　　最后，本文采用多目標(biāo)遺傳算法中的DOE試驗設(shè)計方法對基礎(chǔ)中心柱的直徑和厚度、樁腿的直徑和厚度、撐桿的直徑和厚度、樁腿和中心柱的距離等13個幾何設(shè)計參數(shù)進(jìn)行多樣點設(shè)計。以總重量、總體位移和等效應(yīng)力為目標(biāo)函數(shù)，對等直徑撐桿基礎(chǔ)的總裝模型、結(jié)構(gòu)及截面變異模型中承載能力強(qiáng)的進(jìn)行優(yōu)化設(shè)