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三浮体式海上风电基础结构响应分析

作　者: 王人凤
导　师: 蒋志勇; 顾晓波
学　校: 江苏科技大学
专　业: 船舶与海洋结构物设计制造
关键词: 三浮体式海上风电基础结构运动响应组合载荷 SESAM
分类号: TM614
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要

风能是一种可再生的、无污染的清洁能源，随着工业化的进程不断推进，能源短缺的压力日益加剧，能源价格持续攀升，作为最重要的可再生能源，风能资源的开发和利用已经引起了全世界的重视。目前，海上风电基础结构分为重力式、桩基式、桶形结构和浮式结构，而支撑塔架的结构有单桩式结构、三角架结构、导管架结构、张力腿结构、三浮体结构和Spar结构。随着海上风电场逐步向深海扩展，浮式风电基础结构已经越来越受到近海海域风能资源不足的国家的青睐，如美国、日本等。而三浮体结构正是适用于深海环境。本文分析了海上风电场向深海发展的必然趋势，介绍了国内外海上风电场的发展现状。简单介绍了近年来全球主要国家的风能资源、风能开发的状况以及目前主流海上风电基础结构的主要类型和各自的特点，并详细地描述了三浮体式海上风电基础结构的结构特点，再与其他类型的结构进行比较优缺点。根据我国的具体风能资源的分布情况选择合适的场地，针对不同工况、不同吃水下的运动响应进行分析。本文针对一种三浮体式海上风电基础结构，采用SESAM软件包进行了运动响应计算。采用GeniE模块建立了该三浮体海上风电基础结构的结构模型和水动力模型，并在HydroD模块中进行了组合载荷以及运动响应的计算，对其水动力特性进行了分析。在其中的波浪载荷计算过程中，采用基于三维水动力理论的设计波方法。分析了不同载荷对结构的作用方式，并根据作业场地的实际情况对载荷进行组合。针对不同尺寸、不同环境参数、不同工况进行各自的计算，并将所得的数据进行比较，旨在对尺寸的选择提供数据支撑。

全文目录

摘要  6-7
Abstract  7-19
第1章绪论  19-30
  1.1 研究问题的提出  19-20
  1.2 国内外研究现状  20-27
    1.2.1 国内外风力发电技术发展情况  20-22
    1.2.2 海上风电基础结构的发展现状  22-27
  1.3 本论文的主要研究内容  27-28
    1.3.1 主要的研究内容  27-28
    1.3.2 研究方法  28
    1.3.3 论文的组织结构  28
  1.4 研究的意义  28-29
  1.5 创新点  29-30
第2章有限元模型的建立及环境载荷的数值处理方法  30-46
  2.1 有限元理论  30-32
    2.1.1 有限单元法的发展  30-31
    2.1.2 有限单元法的基本思想  31-32
    2.1.3 有限单元法的分析步骤  32
  2.2 有限元软件应用  32-36
    2.2.1 有限元软件技术  32-34
    2.2.2 SESAM 软件包  34-36
  2.3 三浮桶式海上风电基础结构的有限元模型  36-40
    2.3.1 浮式基础的基本尺度  36
    2.3.2 定位方式  36-37
    2.3.3 基础结构的有限元模型  37-38
    2.3.4 风力发电机的基本尺度  38-40
  2.4 环境载荷的数值处理方法  40-44
    2.4.1 风载荷  40
    2.4.2 波浪载荷  40-44
  2.5 运动响应概述  44-45
    2.5.1 典型工况  44
    2.5.2 设计波的参数计算  44-45
    2.5.3 位移边界条件  45
  2.6 本章小结  45-46
第3章环境载荷的参数设定  46-55
  3.1 各环境载荷的设定  46-50
    3.1.1 风载荷  46-47
    3.1.2 波浪载荷  47-49
    3.1.3 海流载荷  49-50
  3.2 环境载荷的作用方式  50-51
  3.3 环境载荷的组合方式  51-53
  3.4 环境参数的确定  53-54
  3.5 本章小结  54-55
第4章运动响应的求解原理  55-62
  4.1 运动响应的数值求解方法  55-60
    4.1.1 波流载荷的求解  55-59
    4.1.2 结构在频域内运动响应的求解  59-60
  4.2 基于 SESAM 的运动响应求解  60-61
    4.2.1 水动力模型  60
    4.2.2 浪向和频率的设定  60-61
  4.3 本章小结  61-62
第5章运动响应的结果分析  62-90
  5.1 运动响应计算  62-63
  5.2 运动响应函数曲线  63-76
    5.2.1 自存工况  63-70
    5.2.2 作业工况  70-76
  5.3 连接杆长度变化对结构稳性的影响  76-78
    5.3.1 自存工况  76-77
    5.3.2 作业工况  77-78
  5.4 吃水变化对结构稳性的影响  78-80
    5.4.1 自存工况  78-79
    5.4.2 作业工况  79-80
  5.5 对称结构的运动响应函数曲线及比较  80-82
    5.5.1 自存工况  80-81
    5.5.2 作业工况  81
    5.5.3 对比分析  81-82
  5.6 拖航时的运动响应函数曲线  82-88
  5.7 本章小结  88-90
结论  90-91
参考文献  91-94
攻读硕士学位期间发表的学术论文  94-95
致谢  95-96
详细摘要  96-100

三浮体式海上风电基础结构响应分析

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