【摘要】：目前,可再生能源的作用日益提高,其作為實現(xiàn)減排目標的重要途徑得到了重點發(fā)展。在各清潔能源和可再生能源中,風能具有明顯的優(yōu)勢。使用風能滿足電力需求將是未來幾十年的發(fā)展趨勢。海洋風能資源比陸上風能資源更加豐富,近年來,隨著海洋技術的發(fā)展,海洋風力發(fā)電蓬勃發(fā)展。中國的海洋風電資源約有上千兆瓦,具有很大的發(fā)展?jié)摿�。中國渤海海域的風電裝機總容量和增速不斷增加,是海洋風能技術研究、開發(fā)和利用的重要區(qū)域。冬季渤海海域存在大量海冰,冰區(qū)海洋結構會發(fā)生冰激振動和冰激疲勞現(xiàn)象。尤其對于海洋風機這種高度在50 m至70 m的柔性結構,海冰的影響會更加顯著。因此,渤海冰區(qū)中的海洋風機結構在設計、運行中應考慮海冰的影響。本文主要針對渤海冰區(qū)海洋風機結構在冰載荷作用下的疲勞損傷計算方法進行研究。渤海冰區(qū)海洋結構普遍采用安裝抗冰錐體以改變海冰的破壞模式,降低冰載荷的幅值以及避免穩(wěn)態(tài)振動的發(fā)生。因此,本文主要對錐體海洋風機結構的冰激疲勞展開分析。在進行冰激疲勞分析時,首先需要構造海冰的疲勞環(huán)境參數(shù)。本文采用的海冰疲勞參數(shù)通過渤海JZ20-2海域長期的監(jiān)測和統(tǒng)計得到,其包括冰期、冰厚、冰速、冰向。冰向的統(tǒng)計結果顯示,海冰流向相對集中在固定方向。因此在疲勞工況劃分中,以冰速和冰厚進行工況的劃分。通過冰厚、冰速的概率密度函數(shù)得到二者的聯(lián)合概率分布作為該工況出現(xiàn)的概率。分別通過基于實測的冰載荷公式和冰載荷譜公式對風機結構進行疲勞分析。本文分別采用時域和頻域兩種方法,對海洋風機在隨機冰載荷作用下結構的熱點位置、熱點應力時程曲線、熱點應力譜和損傷進行計算;然后利用Miner線性累積原理和S-N曲線的方法,計算風機結構在隨機冰載荷下的的疲勞壽命。最后,針對時域、頻域兩種方法在計算海洋風機結構的隨機冰激疲勞損傷時,計算效率、計算精度等方面進行了對比。在對冰載荷的研究中,離散元方法是一種可以有效模擬海冰與結構作用的破壞過程的數(shù)值方法。因此,本文利用球體構造海冰離散元模型,球體顆粒單元之間利用平行粘結模型構造出平整冰模型與結構相互作用,得到了不同工況條件下的冰載荷時程曲線。最后分析了基于離散元方法計算的冰載荷的風機結構的時域疲勞損傷結果。
【學位授予單位】：大連理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2019
【分類號】：TM315

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本文編號：2612475