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海上支撑结构的优化设计是海上风机技术发展的必然趋势，降低支撑结构的载荷是保证风机安全运行的有效途径。海上支撑结构受到风浪复杂环境荷载作用，风、浪载荷决定着塔底承受较大的剪力和倾覆力矩，同时风浪的随机性和周期性会影响塔架的疲劳载荷。基于海上风机支撑结构频率对载荷影响的研究，分析海上支撑结构频率对叶片根部挥舞和摆振响应的影响，探究频率对风机响应的影响机理。研究表明：波浪频率诱导是基础疲劳载荷响应的主要原因；开展单桩基础设计，当整机频率确定时，基础变径段可设置于浪溅区下部区域范围；叶片摆振响应受1P频率影响较大，在风机设计时可增加叶片摆振方向的阻尼；当整机频率邻近3P频率时，塔筒刚度变化对基础载荷响应的影响大于基础刚度变化；海上支撑结构设计时可优先考虑塔筒刚度。 相似文献
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大直径单桩风机基础冰荷载模型试验研究 总被引：1，自引：0，他引：1
针对渤海某海域以单桩结构为支撑的海上风电系统,对大直径直立桩风机基础进行了一系列静冰载荷模型试验研究。首先,针对目标海域海冰调研结果确定多个冰速工况,对3 MW及4 MW装机功率对应的两种不同直径的单桩基础开展静冰载荷模型试验;随后在试验现象及试验结果的分析中重点关注了冰排在大直径结构前的破坏模式及破坏特点;最终,通过对比模型试验冰力极值试验结果与多规范冰载荷计算结果,确定大直径直立桩静冰载荷计算规范的合理选择,并根据试验结果对直立桩静冰载荷计算方法进行了经验参数修正。得出的相关结论可为渤海海域大直径单桩式风机基础冰载荷的工程估算提供参考。 相似文献
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随着海上风电技术的快速发展,海上风电逐渐由浅海走向深海,海上风电基础结构型式将逐渐由固定式发展到漂浮式。在浮式风电结构的模型实验中,风机载荷的模拟是保证实验效果的重要因素。针对浮式风电结构模型实验中风机载荷的模拟问题,提出了一种新型的基于气流喷射、利用气流反作用力模拟风机载荷的实验方法并进行了初步验证。通过标定得到气流控制信号与反作用力的关系,将数值模拟得到的原型风机载荷时程转换为相应的控制信号,同时针对实验装置对气流变化的响应特性,对控制信号进行频域和时域修正,驱动气流喷射以模拟风机作用力和力矩。经过实验验证,载荷模拟装置产生的载荷在时域和频域上都能与模型实验所需风机载荷保持较好的一致性,证明该方法可行。 相似文献
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根据IEC61400-3设定工况,采用NREL开发的5 MW风机基础模型,应用FAST,以Aero-Hydro-Servo-Elastic耦合仿真技术对风机进行研究。对时域仿真得到的短期载荷,应用分块极大值法联合Gumbel分布外推计算风机极限载荷;以雨流计数法、线性累积损伤理论和S-N曲线为理论基础应用MLife软件,计算风机疲劳载荷。对比分析不同工况下浮式风机、近海单桩风机和陆上风机的极限载荷与疲劳载荷,进而探讨影响浮式风机动态响应的因素。结果表明,对于陆上风机和近海单桩风机,风是其主要载荷来源;而波浪是浮式风机主要载荷来源。对风机进行设计要根据特定海域统计的海洋气候条件,避免风机及其支撑结构的固有频率与波浪频率近似而产生共振;风机制造装配在一定误差范围内,质量不平衡对风机载荷几乎没有影响。 相似文献
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介绍海上风机支撑结构的一般失效形式,提出了适合工程实践的设计分析方法,并以某一单立柱三桩的海上风机支撑结构为例,进行了最终强度计算、动力特性分析以及疲劳强度分析。计算结果表明:1)疲劳工况是结构设计的控制工况;2)支撑结构振动频率在风机工作频率1P和3P之间;3)风机工作时的气动阻尼可有效减少支撑结构振动和疲劳损伤。 相似文献
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极地船舶在冰区航行中经常与各种类型的海冰发生不同程度的碰撞，充足的疲劳强度储备至关重要。本文提出了基于实测冰载荷的极地船舶结构冰激疲劳的累积损伤分析方法。以“雪龙”号极地考察船为研究对象，通过对我国第8次北极科学考察中的冰厚和航速等现场测量数据进行统计分析，在冰厚0.5～2.5 m、航速2～12 kn范围内构造冰激疲劳工况，并将二者的联合概率分布作为疲劳工况的发生概率；基于支持向量机方法反演识别出典型工况下的冰载荷时程，通过动力学分析确定关键位置及相应的热点应力，并采用雨流计数法统计应力循环次数；最后通过S-N曲线和Miner线性累积损伤理论进一步计算该航次内的疲劳损伤度，验证了“雪龙”号在冰区航行的安全性。本文对极地船舶结构的抗冰设计和安全评估具有一定的参考意义。 相似文献
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针对渤海湾某风电场的海上固定式风机支撑结构,采用适用于大直径单桩结构的PSI曲线模拟桩土相互作用,并采用SACS软件建立支撑结构的动力分析模型。首先对支撑结构进行模态分析;其次考虑海冰结构的随机振动作用模式,根据适用于渤海湾的随机冰力谱构造随机冰载荷时程曲线,基于半耦合的时域方法,采用SACS软件对支撑结构进行冰激振动分析,输出塔筒顶部加速度、单桩基底剪力及倾覆力矩等响应参数的时程曲线和响应功率谱;最后针对冰厚、冰速和海冰强度等海冰参数对支撑结构的冰激振动进行敏感性分析。研究结果表明,在随机振动模式下,冰载荷及结构动力响应对冰厚和海冰强度较为敏感,在进行冰激振动分析时应合理确定冰厚和海冰强度等参数。 相似文献
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研究短期海况中海洋结构物在宽带波浪载荷作用下交变应力过程中的应力范围的概率分布及结构疲劳损伤问题.首先从应力的功率谱密度出发,利用小波变换作为工具,对应力过程进行模拟.然后用雨流计数法识别出应力过程中对结构造成疲劳损伤的应力范围,并用Weibull分布对应力范围的分布进行了拟合;最后给出了应力范围服从Weibull分布时结构疲劳损伤的计算方法. 相似文献
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海洋等工程结构物在服役过程中的受载历程是一个随机过程。研究裂纹在谱载荷作用下的扩展规律对可靠预报平台等结构物的疲劳寿命具有十分重要的意义。提出了一个由应力比和裂纹尖端约束及塑性区尺寸为主要参数计算裂纹张开比,来考查载荷相互作用下疲劳裂纹扩展寿命的计算模型。用该模型对几种谱载荷作用下疲劳实验结果进行了预测,将预测结果与不考虑裂纹闭合的线性损伤模型及疲劳计算程序FASTRAN的预测结果进行了比较,表明本模型能较好地预测谱载荷作用下的疲劳裂纹扩展。 相似文献
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灌浆连接段的疲劳性能对于海上风机单桩支撑结构至关重要。基于385种工况下的某实际5 MW单桩风机支撑结构在风、浪荷载作用下的动力响应分析,获取了灌浆连接段荷载边界条件时程。建立灌浆连接段精细化有限元子模型,将荷载边界条件转化为应力时程。对于剪力键采用"热点应力"方法进行疲劳性能评价。对于灌浆材料,选取剪力键附近灌浆材料单元积分点处的第三主应力进行疲劳性能评价。采用Palmgren-Miner线性损伤累计准则和雨流计数方法进行疲劳损伤的累计。在某实际灌浆连接段20年的设计寿命周期内,最大剪力键总疲劳损伤为1.35×10~(-10);最大灌浆材料总疲劳损伤为1.54×10~(-3)。由此可见,灌浆连接段的疲劳性能由灌浆材料控制,且损伤值远小于限值1/3,在现有的荷载条件下,灌浆连接段不会发生疲劳破坏。分析产生损伤较大的几种工况可知,风速对现有单桩结构灌浆连接段疲劳的损伤起控制作用。 相似文献
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研究浅水半潜式大功率浮式风力机波浪载荷和气动力引起的基础结构疲劳损伤,揭示基础结构的疲劳损伤机理。采用谱疲劳损伤计算分析方法,以10 MW风力机为例,计算波浪载荷引起的热点应力及多种海况引起的疲劳损伤。采用叶素动量理论并基于所在海域的风速分布,计算叶轮转动引起的气动力及其引起的疲劳损伤。计算结果表明,对于半潜式三立柱浮式风力机,波浪载荷引起的基础结构应力远大于气动力引起的基础结构应力,基础结构损伤主要是由波浪载荷引起,气动力引起的浮式基础结构的损伤为10-3量级,而波浪载荷引起的损伤为10-1量级。 相似文献
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风机基础作为海上风机整体结构的重要组成部分,承受着上部风机所受到的风浪流荷载,并且对风机的安全性及可靠性至关重要。吸力式桶形基础由于其安装简单和可重复利用等优点,在海洋平台基础中得到了广泛应用,并逐步应用于海上风机基础中。但由于海上风机与海洋平台在海洋环境中的荷载工况有一定的差别,仍需要通过对其承载特性研究现状进行全面认识,以实现吸力式桶形基础在海上风机基础中的可靠应用。文中通过总结和评价现有研究对桶形基础在不同土体条件以及荷载条件下进行试验及数值模拟分析得到的研究结果,综述了静荷载和循环荷载作用下砂土和黏土中的吸力式桶形基础的承载特性研究现状,以及海上风机吸力式桶形基础的相关研究。文章展望了目前应用于海上风机基础的桶形基础仍缺乏的研究,为海上风机吸力式桶形基础的可靠应用及后续研究提供重要参考。 相似文献
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By focusing on the vulnerability of the structure of marine equipments, together with considering the randomness of meta-ocean load in statistics, a kind of analytical method of fatigue characteristics of marine structure based on full-scale and actual measurement of prototype is proposed. On the basis of short-term field measurement results of structural response, research is carried out on the fatigue analysis of hinge joints at the upper part of the Soft Yoke single point Mooring System (SYMS) by simultaneously monitoring the environmental load and considering the design criteria of offshore structure. Through analysis of finite element modeling, the time-histories of typical stress response are obtained, and then the assessment of fatigue damage at key hinge joints is conducted. The simulation results indicate that the proposed method can accurately analyze the fatigue damage of offshore engineering structure caused by the effect of wave load. The present analytical method of fatigue characteristics can be extended on other offshore engineering structures subjected to meta-ocean load. 相似文献
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对于海上浮式风机而言,由于受到剪切风、塔影效应、浮式基础运动等因素的共同影响,其气动载荷会更加复杂,因此如何准确快速地对海上风力机的气动性能进行预估显得尤为重要。基于速度势的非定常面元法理论,研究海上浮式风机气动载荷特性,编制了相关的计算程序。以NREL 5 MW风机为例,建立了叶片和尾流的三维数值模型,计算得到了不同风速下风机的输出功率以及叶片表面的压力分布,对比数据结果分析了该方法的可靠性。针对非定常流动,模拟了剪切风和塔影效应的作用,并重点分析了浮式基础运动对风机气动载荷的影响。研究表明,浮式基础的纵荡和纵摇会增加输出功率的波动幅值,艏摇运动会导致单个叶片上的气动载荷产生较大的波动,为浮式风机叶片控制提供了参考。 相似文献
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锥角对锥体结构抗冰性能影响的离散元分析 总被引：1，自引：1，他引：0
在寒区海洋工程中,锥体海洋结构的尺寸参数对其破冰性能具有重要影响。采用具有黏结-破碎功能的离散元方法模拟海冰与锥体结构的相互作用过程中海冰的破坏模式及冰载荷分析。该离散元方法的计算参数通过与渤海油气平台的实测数据对比进行了可靠性验证。在此基础上,当设计海域的潮差固定时,对不同锥角下风电单桩锥体结构的冰载荷和海冰破坏模式进行了离散元分析。计算结果表明:锥体冰载荷随锥角的增大而增大,海冰的平均断裂长度则随锥角的增大而减小;当锥角小于70°时海冰的破碎模式主要为弯曲破坏,而当锥角大于70°时海冰破坏模式则主要为挤压破碎。以上研究结果可为冰区海上风电单桩结构的抗冰锥设计提供参考。 相似文献
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Offshore wind turbines can exhibit dynamic resonant behavior due to sea states with wave excitation frequencies coinciding with the structural eigenfrequencies. In addition to significant contributions to fatigue actions, dynamic load amplification can govern extreme wind turbine responses. However, current design requirements lack specifications for assessment of resonant loads, particularly during parked or idling conditions where aerodynamic damping contributions are significantly reduced. This study demonstrates a probabilistic approach for assessment of offshore wind turbines under extreme resonant responses during parked situations. Based on in-situ metocean observations on the North Sea, the environmental contour method is used to establish relevant design conditions. A case study on a feasible large monopile design showed that resonant loads can govern the design loads. The presented framework can be applied to assess the reliability of wave-sensitive offshore wind turbine structures for a given site-specific metocean conditions and support structure design. 相似文献
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The worldwide demand for renewable energy is increasing rapidly. Wind energy appears as a good solution to copy with the energy shortage situation. In recent years, offshore wind energy has become an attractive option due to the increasing development of the multitudinous offshore wind turbines. Because of the unstable vibration for the barge-type offshore wind turbine in various maritime conditions, an ameliorative method incorporating a tuned mass damper (TMD) in offshore wind turbine platform is proposed to demonstrate the improvement of the structural dynamic performance in this investigation. The Lagrange's equations are applied to establish a limited degree-of-freedom (DOF) mathematical model for the barge-type offshore wind turbine. The objective function is defined as the suppression rate of the standard deviation for the tower top deflection due to the fact that the tower top deflection is essential to the tower bottom fatigue loads, then frequency tuning method and genetic algorithm (GA) are employed respectively to obtain the globally optimum TMD design parameters using this objective function. Numerical simulations based on FAST have been carried out in typical load cases in order to evaluate the effect of the passive control system. The need to prevent the platform mass increasing obviously has become apparent due to the installation of a heavy TMD in the barge-type platform. In this case, partial ballast is substituted for the equal mass of the tuned mass damper, and then the vibration mitigation is simulated in five typical load cases. The results show that the passive control can improve the dynamic responses of the barge-type wind turbine by placing a TMD in the floating platform. Through replacing partial ballast with a uniform mass of the tuned mass damper, a significant reduction of the dynamic response is also observed in simulation results for the barge-type floating structure. 相似文献