海上風(fēng)力機(jī)風(fēng)波聯(lián)合作用下的響應(yīng)分析.pdf

1、海上風(fēng)力機(jī)在波浪載荷和氣動(dòng)載荷聯(lián)合作用下的動(dòng)力響應(yīng)分析一直是風(fēng)力機(jī)技術(shù)研究領(lǐng)域重要的關(guān)注熱點(diǎn)和研究課題。隨著風(fēng)力機(jī)朝著更大更柔的方向發(fā)展以及海風(fēng)和波浪的共同作用，海上風(fēng)力機(jī)的性能及其穩(wěn)定性成為國(guó)內(nèi)外研究者重點(diǎn)研究的方向。本研究是基于計(jì)算多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)建模方法，通過(guò)少量的自由度來(lái)反映海上風(fēng)力機(jī)柔性構(gòu)件的非線性彈性變形，并結(jié)合波浪載荷模型、氣動(dòng)載荷模型和高效的數(shù)值求解方法，建立了海上風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)模型，實(shí)現(xiàn)其系統(tǒng)的流固耦合分析。研究分析

2、的內(nèi)容和結(jié)果具有重要的理論意義和應(yīng)用價(jià)值。
　　本文的研究對(duì)象是美國(guó)可再生能源實(shí)驗(yàn)室的5MW水平軸風(fēng)力機(jī)，分析其復(fù)雜的海上工作環(huán)境，將整機(jī)系統(tǒng)分為柔性體子系統(tǒng)和剛體子系統(tǒng)，并采用超級(jí)單元將整機(jī)離散成具有48個(gè)剛體、78個(gè)自由度的系統(tǒng)。基于計(jì)算多體系統(tǒng)動(dòng)力學(xué)理論，采用混合多體系統(tǒng)的建模方法，推導(dǎo)出海上風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)的動(dòng)力學(xué)方程。應(yīng)用線性波理論模擬非規(guī)則波浪的運(yùn)動(dòng)，并計(jì)算水質(zhì)點(diǎn)在不同水深位置的速度、加速度;應(yīng)用MORISON波浪力方程建立

3、作用于塔架的波浪力，分析作用在圓筒形塔架上的波浪載荷。應(yīng)用葉素理論，將葉片劃分為多個(gè)葉素，并假設(shè)各個(gè)葉素之間的受力相互獨(dú)立，將三維模型簡(jiǎn)化為二維模型，從而可使用翼形氣動(dòng)特性進(jìn)行葉素氣動(dòng)力的計(jì)算;根據(jù)風(fēng)速廓線法來(lái)研究風(fēng)速與高度的關(guān)系，并最終求得作用在塔架上的氣動(dòng)力。實(shí)現(xiàn)了海上風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)在波浪載荷和氣動(dòng)載荷作用下的動(dòng)力響應(yīng)數(shù)值分析。
　　本文對(duì)一臺(tái)5MW海上風(fēng)力機(jī)進(jìn)行動(dòng)力響應(yīng)分析，仿真實(shí)驗(yàn)表明氣動(dòng)載荷和波浪載荷對(duì)海上風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和