超大型海上風電浮式平臺的水彈性響應分析.pdf

1、21 世紀是人類開發(fā)海洋能源的時代，而海上風能是眾多能源中開發(fā)利用較清潔的資源。現(xiàn)在絕大多數(shù)的海上風力發(fā)電結構型式都是近海樁基型的，面對開發(fā)海上風能的速度加快，未來發(fā)展大型遠海浮式風電場是必然趨勢。在由淺海向深海發(fā)展的過程中勢必會使得風力發(fā)電技術產(chǎn)生重大的技術性變革，最基礎的就是需要對風力機搭載平臺進行重新設計。
　　 由于海上大型浮式風電場平臺屬于超大型浮式結構物（VLFS），需要考慮平臺在波浪中的彈性變形情況（即流固耦合），

2、因此要采用近五十年發(fā)展起來的水彈性理論方法求解。目前關于水彈性研究的方法主要分為直接計算法和模態(tài)分析法。本文采用了模態(tài)分析法，將浮體結構物簡化為梁，計算其在空氣中的干模態(tài)，采用勢流理論求解水動力。根據(jù)三維水彈性理論和三維剛體勢流理論的區(qū)別，主要是物面邊界條件的不同，繼而通過改變物面邊界條件，將三維水彈性理論退化為三維剛體理論。這種簡化方法能夠快速有效地求解結構在波浪中的水彈性響應。本文重點探討這種簡化方法在大型浮式結構物平臺的工程實用性

3、。
　　 首先，介紹了結構動力學的理論知識，為求解結構的干模態(tài)尋找合適快速的方法。通過許多相關研究的成果可知，對于梁式的大型結構物可以采用簡單的梁解析法求解結構特性。
　　 其次，對比較成熟的三維剛體勢流方法，以及考慮結構體彈性效應的三維線性水彈性理論方法進行了詳細的論述，從中得到兩種計算方法的主要區(qū)別在于水彈性理論需要考慮廣義流固耦合邊界條件。通過改變物面邊界條件，以及對運動響應方程的修改，將三維水彈性理論退化為三維剛

4、體勢流理論。在此基礎上，求出運動響應的主坐標，用剛性位移幅值表示結構各階彈性模態(tài)幅值。通過一個示例，將本文所用方法的計算結果與其他相關研究計算的結果進行比較分析，兩種結果在趨勢上基本一致，從而驗證本文的簡化方法在求解大型浮式結構物的水彈性分析的可行性。
　　 再次，給出了海上風電場平臺的理念設計型式，對其進行水彈性和剛體理論的計算分析。計算給出了剛體運動響應傳遞函數(shù)；結構的垂向彎曲模態(tài)響應幅值，以及沿軸向整體結構的垂向位移幅值分