海上風電機組結構抗船撞及抗震性能研究.pdf

1、十余年來海上風力發(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機安全運營，甚至出現(xiàn)風機倒塌的更嚴重后果，因此，開展不同類型基礎海上風機遭遇船舶撞擊的基礎損傷和動力響應研究、進行海上風機水下振動臺模型試驗分析，對于海上風機的安全設計和正常運營具有重要理論研究意義和實際應用價值。
　　本文致力于海上風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，研究了船舶風機最大碰撞力與船舶質(zhì)量、速度及碰撞角度間關系，然后從多方面綜合評估了不同類基礎海上風機抗撞性能，并針對單樁基礎提出一種防撞裝置，對其進行了優(yōu)化，最后開展了單立柱三樁導管架基礎海上風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機遭遇船舶撞擊和地震作用亟需解決的關鍵問題和技術難題，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海上風機的碰撞研究

3、，結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系，超過時線性關系不再明顯，提出面積受損率來定量描述受撞風機基礎的損傷程度，通過計算可知其能合理反映風機基礎的受損區(qū)域和受損面積。
　　(2)針對單樁基礎、單立柱三樁導管架基礎和桁架式導管架基礎海上風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、知桁架式導管架基礎風機產(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，得出桁架式導管架基礎海上風機具有最佳綜合抗撞性能。
　　(3)針對單樁基礎海上風機，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構和