【摘 要】
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海上风能作为我国应对能源和环境挑战、实施低碳能源战略的重要组成部分,近年来得到了国家的大力支持。海上风电场规划建设面临的复杂环境条件,将成为海上风机结构设计的严峻
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海上风能作为我国应对能源和环境挑战、实施低碳能源战略的重要组成部分,近年来得到了国家的大力支持。海上风电场规划建设面临的复杂环境条件,将成为海上风机结构设计的严峻挑战。现阶段,固定式海上风机基础结构设计和校核多采用半整体方法。该方法无法充分考虑海洋环境荷载、风机运行控制策略以及风机结构反应之间的耦合效应,比如风机气动阻尼效应对于波浪荷载作用下海上风机基础结构反应的影响、波浪荷载和基础结构运动对于上部空气动力荷载的影响。针对目前海上风机设计方法的不足,本文基于海上风机整体耦合模型,充分考虑环境荷载耦合效应对于基础结构疲劳应力时程的影响,以我国某海域规划海上风电场实测海洋环境为背景,开展了随机风浪作用下海上风机疲劳反应分析。通过与传统设计方法的对比,验证了整体耦合分析方法在固定式海上风机疲劳极限状态安全评价中的应用价值。本文开展的主要研究包括:(1)基于NREL 5MW基准风机和我国某海域实际5MW海上风机设计得到本次研究的样本风机。(2)建立包含气弹-伺服-水动-弹性的样本风机整体耦合模型,验证环境荷载耦合效应对于结构反应的影响。(3)开展随机风场作用下样本风机基础结构疲劳反应分析,系统研究计算步长、随机种子数量以及非稳态初始反应对于基础结构疲劳累积的影响。(4)建立样本风机基础结构有限元模型和气弹-伺服-弹性-基础超单元的半整体模型,基于海上风机结构反应及管节点疲劳累积开展半整体和整体耦合模型对比研究。(5)基于整体耦合模型,验证了环境荷载耦合效应和风浪联合作用方向对于基础结构管节点疲劳累积的影响。
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