海上風力機塔筒結(jié)構(gòu)可靠性優(yōu)化設計.pdf

1、塔筒是海上風力機的重要組成部件，根據(jù)塔筒的結(jié)構(gòu)特點，其通常存在屈服失效、屈曲失效和共振失效三種潛在的失效模式。塔筒的結(jié)構(gòu)參數(shù)直接影響著塔筒結(jié)構(gòu)的安全性和經(jīng)濟性，同時塔筒在結(jié)構(gòu)尺寸、材料特性和環(huán)境載荷都存在著固有的不確定性。本文針對塔筒的結(jié)構(gòu)特點，在極限載荷作用下對NREL海上單樁式5MW基準風機的塔筒結(jié)構(gòu)在屈服、屈曲和共振三種潛在的失效模式下進行整體可靠度分析及優(yōu)化設計。
　　本文首先對塔筒結(jié)構(gòu)參數(shù)的隨機性進行概率描述，塔筒結(jié)構(gòu)尺

2、寸和材料特性參數(shù)服從正態(tài)分布，塔筒所受的極限載荷服從Gumbel分布。給出各段塔筒結(jié)構(gòu)在屈服、屈曲和共振三種潛在失效模式下的極限狀態(tài)函數(shù)，利用一階可靠性分析方法JC法對各狀態(tài)函數(shù)的可靠度進行求解，得到各段塔筒結(jié)構(gòu)在單一失效模式下的可靠度。計算各極限狀態(tài)函數(shù)間的相關系數(shù)，結(jié)合概率網(wǎng)絡估算技術(shù)(PNET)求得塔筒結(jié)構(gòu)在多種失效模式下整體的可靠度，并用蒙特卡羅模擬法(MCS)對可靠度分析結(jié)果進行對比驗證，得出使用該方法得出的可靠度值具有一定的

3、精度保證。其次，為了保證塔筒結(jié)構(gòu)具有更好的安全性和經(jīng)濟性，對塔筒結(jié)構(gòu)參數(shù)進行可靠度優(yōu)化設計。將塔筒結(jié)構(gòu)的質(zhì)量作為目標函數(shù)，將各段塔筒結(jié)構(gòu)的壁厚和塔筒結(jié)構(gòu)頂部和底部的半徑作為優(yōu)化設計變量，基于屈服、屈曲和共振三種失效模式結(jié)構(gòu)特性的可靠度要求作為約束條件。其中優(yōu)化算法采用的是Polak-He優(yōu)化算法，結(jié)構(gòu)特性可靠度的計算采用的是JC法。最后，使用ANSYS軟件對優(yōu)化后的塔筒結(jié)構(gòu)進行靜力、屈曲和模態(tài)分析，得到優(yōu)化后的塔筒結(jié)構(gòu)在極限載荷作用下的