浮式海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)分析與疲勞損傷研究.pdf

1、風(fēng)能是一種清潔、安全、永續(xù)的可再生能源。深海所蘊(yùn)藏風(fēng)能更加豐富和優(yōu)質(zhì)。但隨著海域的加深，海洋環(huán)境也變得更加復(fù)雜與惡劣。同時(shí)結(jié)構(gòu)長(zhǎng)期受到疲勞載荷的循環(huán)作用，極易產(chǎn)生疲勞損傷。因此，研究浮式海上風(fēng)機(jī)(FOWT)在主要環(huán)境荷載作用下的動(dòng)力特性與疲勞損傷對(duì)風(fēng)機(jī)在服役期內(nèi)的安全與使用有著非常重要的意義。
　　本文選取美國(guó)可再生能源研究所(NREL)公布的“5 MW baseline”風(fēng)機(jī)模型為設(shè)計(jì)依據(jù)，選取典型的浮式海上風(fēng)機(jī)進(jìn)行研究。首先建

2、立了結(jié)構(gòu)有限元模型，然后基于空氣動(dòng)力學(xué)理論計(jì)算風(fēng)機(jī)運(yùn)轉(zhuǎn)荷載，并結(jié)合長(zhǎng)期統(tǒng)計(jì)得到的南海環(huán)境條件資料，對(duì)海上浮式風(fēng)機(jī)長(zhǎng)期應(yīng)力響應(yīng)分布規(guī)律和累積疲勞損傷機(jī)理下的疲勞壽命進(jìn)行研究，以期為我國(guó)深海風(fēng)能資源開(kāi)發(fā)工程中的浮式結(jié)構(gòu)物設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)和技術(shù)參考。本論文具體開(kāi)展以下工作:
　　(1)選取三種較為典型的浮式海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)(Semi-submersible、Spar、TLP)，在同等輸入條件下，計(jì)算了三種結(jié)構(gòu)的頻域水動(dòng)力特性、時(shí)域耦合動(dòng)力響

3、應(yīng)以及系泊纜繩的張力;進(jìn)行了結(jié)構(gòu)對(duì)波高、風(fēng)速的敏感性分析，初步得到了三種浮式海上風(fēng)電結(jié)構(gòu)運(yùn)動(dòng)響應(yīng)隨海洋環(huán)境的變化規(guī)律。
　　(2)以美國(guó)NREL研發(fā)的用于驗(yàn)證海上浮式風(fēng)力渦輪機(jī)的模型OC4-DeepCwind半潛式浮式海上風(fēng)機(jī)為母型結(jié)構(gòu)，進(jìn)行了詳細(xì)的水動(dòng)力響應(yīng)分析與風(fēng)、浪、流聯(lián)合作用下整體結(jié)構(gòu)的時(shí)域動(dòng)力響應(yīng)分析，得到了不同結(jié)構(gòu)參數(shù)，如立柱間距、立柱直徑、結(jié)構(gòu)吃水以及壓水板對(duì)結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)的影響，為結(jié)構(gòu)的優(yōu)化設(shè)計(jì)提供參考。