波浪作用下海上風電機組結構與基礎相互作用與動力分析研究.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。而風能作為新一代清潔的可再生能源之一，其發(fā)展前景相當廣闊，發(fā)展勢頭也相當良好。中國風電產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，尤其是近海風力發(fā)電。可是近海風電發(fā)展有著其特殊的技術難點。特殊的海上環(huán)境條件給風電機組的設計施工帶來相當?shù)睦щy。近海風電機組設計所要考慮的環(huán)境荷載比較復雜，有風、波浪和海流等荷載。這些環(huán)境荷載對著風機結構與設計起著決定性的作用。其中波浪荷載作為風機的控制荷載，荷載的大

2、小直接決定著風機塔底所承受的剪力和傾覆力矩。同時，波浪荷載還存在著周期性，直接影響著風機的疲勞?？梢姴ɡ撕奢d對近海風機的設計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，海上單樁結構風電機組為例，采用了三維整體有限元建模，詳細地分析了波浪作用下不同因素—結構速度、不同彈塑性模型和不同波浪理論對于海上單樁結構風電機組動力響應的影響。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)理論的理論基礎及公式表達。根據(jù)各個波浪理論的理論基礎總結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模型?；谟邢拊浖嗀BAQUS中的AQUA平臺，介紹了AQUA平臺中的線性波和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、實體單元模擬土體，以節(jié)點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，并通過有限元計算分析驗證了數(shù)值

5、模型可靠性。
　　4、本文通過有限元軟件ABAQUS對波浪作用下海上單樁式風電機組的動力響應進行了分析，探討了在動力分析中，不同人工邊界對于波浪動力分析的適用性以及不同彈塑性模型、結構速度和波浪理論對于波浪作用下單樁式風電機組動力響應的影響，得出部分值得借鑒的結論。
　　5、本文根據(jù)海上風電機組的工況和情況，提出了針對海上風機抗波浪設計準則，建議了海上風電機組樁基設計中的荷載組合和相關位移公式，得出固定人工邊界在波浪動力分析