浮式海上風電結構動力響應分析與疲勞損傷研究.pdf

1、風能是一種清潔、安全、永續(xù)的可再生能源。深海所蘊藏風能更加豐富和優(yōu)質。但隨著海域的加深，海洋環(huán)境也變得更加復雜與惡劣。同時結構長期受到疲勞載荷的循環(huán)作用，極易產(chǎn)生疲勞損傷。因此，研究浮式海上風機(FOWT)在主要環(huán)境荷載作用下的動力特性與疲勞損傷對風機在服役期內的安全與使用有著非常重要的意義。
　　本文選取美國可再生能源研究所(NREL)公布的“5 MW baseline”風機模型為設計依據(jù)，選取典型的浮式海上風機進行研究。首先建

2、立了結構有限元模型，然后基于空氣動力學理論計算風機運轉荷載，并結合長期統(tǒng)計得到的南海環(huán)境條件資料，對海上浮式風機長期應力響應分布規(guī)律和累積疲勞損傷機理下的疲勞壽命進行研究，以期為我國深海風能資源開發(fā)工程中的浮式結構物設計提供理論依據(jù)和技術參考。本論文具體開展以下工作:
　　(1)選取三種較為典型的浮式海上風電結構(Semi-submersible、Spar、TLP)，在同等輸入條件下，計算了三種結構的頻域水動力特性、時域耦合動力響

3、應以及系泊纜繩的張力;進行了結構對波高、風速的敏感性分析，初步得到了三種浮式海上風電結構運動響應隨海洋環(huán)境的變化規(guī)律。
　　(2)以美國NREL研發(fā)的用于驗證海上浮式風力渦輪機的模型OC4-DeepCwind半潛式浮式海上風機為母型結構，進行了詳細的水動力響應分析與風、浪、流聯(lián)合作用下整體結構的時域動力響應分析，得到了不同結構參數(shù)，如立柱間距、立柱直徑、結構吃水以及壓水板對結構動力響應的影響，為結構的優(yōu)化設計提供參考。