為降低海冰對結(jié)構(gòu)碰撞造成的損傷,提出在風力機與海平面交界處安置抗冰錐體�；贛atlock與Ralston方法建立海冰與結(jié)構(gòu)碰撞載荷計算模型,通過開發(fā)海冰載荷計算模塊并將其與開源軟件FAST結(jié)合,建立海上風力機在湍流風與海冰實時耦合下的動力學仿真模型。結(jié)果表明:未安裝錐體時,塔基剪切力最大值、均值和標準差均隨海冰厚度和海冰移速的增加而增大,其中海冰厚度對最大值和均值的影響較為顯著,而海冰移速對標準差的影響較大;安裝錐體后,塔基剪切力最大值與均值分別減小67.8%與41.6%,其標準差顯著減小并趨于穩(wěn)定,從而使得結(jié)構(gòu)疲勞載荷降低。 

【文章來源】：動力工程學報. 2018,38(09)北大核心CSCD

【文章頁數(shù)】：7 頁

【部分圖文】：

圖１安裝錐體前后海上風力機的示意圖（ａ）

碎極限應(yīng)變率／ｓ－１０．０１海冰移速／（ｍ·ｓ－１）０．３海冰厚度／ｍ０．５水的密度／（ｋｇ·ｍ－３）１０００海冰密度／（ｋｇ·ｍ－３）９００等［２０］采用彈簧阻尼系統(tǒng)建立了柔性結(jié)構(gòu)強迫冰激振動模型。通過觀測位于虎克灣海洋結(jié)構(gòu)的冰力變化，Ｍａｔ－ｌｏｃｋ等［２０］將結(jié)構(gòu)位移對海冰載荷的反饋作用引入冰激振動模型，提出冰－錐相互作用模型。如圖２所示，采用等距排列的線性冰齒表示海冰，結(jié)構(gòu)與海圖２Ｍａｔｌｏｃｋ冰－錐作用力模型Ｆｉｇ．２Ｍａｔｌｏｃｋｍｏｄｅｌｏｆｉｃｅ－ｓｔｒｕｃｔｕｒｅｉｎｔｅｒａｃｔｉｏｎ冰之間的作用視為彈簧阻尼振子，其中ｍ為質(zhì)量，ｃ為阻尼。冰齒與振子逐一接觸，產(chǎn)生線彈性力，即為強迫振動下結(jié)構(gòu)所受的海冰載荷。每個冰齒存在形變極限，超過極限后會發(fā)生斷裂、破碎，可忽略其對之后冰齒與振子的影響。假設(shè)彈簧振子初始位置為ｘ，第Ｎ段冰齒形變量為Δ。Δ＝ｚ（ｔ）－ｘ（ｔ）－Ｐ（Ｎ－１）（１）式中：ｔ為時間；ｘ（ｔ）為彈簧振子位置；Ｐ為相鄰冰齒間距；ｚ（ｔ）為冰齒位移。ｚ（ｔ）可表示為：ｚ（ｔ）＝νｉｃｅｔ＋ｚ０（２）式中：νｉｃｅ為冰齒移速；ｚ０為冰齒初始位置。海冰載荷Ｆｉｃｅ表示為：Ｆｉｃｅ＝ＫｉｃｅΔ，０＜Δ＜Δｍａｘ０，Δ≤０或Δ＝Δ烅烄烆ｍａｘ（３）式中：Ｋｉｃｅ為彈簧剛度；Δｍａｘ為冰齒極限形變量。２．

）０．３（１８）式中：ｕ（ｚ）為高度ｚ處的風速；ｕｈｕｂ為輪轂高度處的風速；ｚｈｕｂ為輪轂高度。由空間相干模型獲得水平風速，同一高度相鄰兩點滿足下式：Ｓｇ，ｈ（ｆ）＝Ｃ（Δｒ，ｆ）Ｓｇ，ｇ槡（ｆ）·Ｓｈ，ｈ（ｆ）（１９）式中：ｆ為頻率；Ｓｇ，ｇ（ｆ）和Ｓｈ，ｈ（ｆ）分別為節(jié)點ｇ和ｈ的功率譜密度；Ｓｇ，ｈ（ｆ）為交叉譜密度；Ｃ（Δｒ，ｆ）為光譜相干系數(shù)。圖３為風力機輪轂高度處的風速時域分布。４結(jié)果與分析分別計算海冰厚度為０．５ｍ、海冰移速為０．３ｍ／ｓ、無錐體時風力機在不同工況下的塔基剪切力，風力機分別在風冰耦合、湍流風和海冰作用下的塔基剪切力如圖４所示。圖３風力機輪轂高度處的風速時域分布Ｆｉｇ．３Ｗｉｎｄｓｐｅｅｄｖａｒｉａｔｉｏｎｉｎｔｉｍｅｄｏｍａｉｎａｔｈｕｂｈｅｉｇｈｔｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅ圖４不同工況下的塔基剪切力Ｆｉｇ．４Ｓｈｅａｒｆｏｒｃｅｏｎｔｏｗｅｒｂａｓｅｕｎｄｅｒｄｉｆｆｅｒｅｎｔｗｏｒｋｉｎｇｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ圖５給出了不同工況下風力機塔基剪切力的最大值、均值和標準差。由圖４和圖５可知，塔基剪切力隨時間波動劇烈，在風冰耦合作用下塔基剪切力最大值、均值和標準差均達到最大。由塔基剪切力最大值可知，湍流風作用對塔基剪切力的影響大于海冰載荷；由塔基剪切力均值可知，海冰與湍流風作用對風力機塔基的影響效果相當；由塔基剪切力標準差可知，與海冰作用相比，風力機在湍流

【參考文獻】：
期刊論文
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碩士論文
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本文編號：3259756