海上风电基础结构疲劳寿命分析

针对海上风电基础结构疲劳损伤、疲劳寿命评价方法展开研究.区分疲劳荷载为单级疲劳荷载和多级疲劳荷载联合作用两种情况,考虑渐增型、往复型和正弦波型3种疲劳荷载作用方式,借助三桩导管架式海上风电基础,采用基于S-N曲线和Palmgren-Miner线性累计损伤法则的疲劳寿命估算方法对疲劳荷载作用下的结构疲劳损伤进行了计算,对结构整体寿命进行了评价;对单级疲劳荷载或多级疲劳荷载联合作用时,3种作用方式作用下的基础结构进行了疲劳分析,定义疲劳极限与疲劳荷载造成的应力水平的比值为安全系数,用以量化基础结构各部位或部件的抗疲劳能力,同时验证了加载顺序对于结构的锻炼效应.结果表明:基于S-N曲线和Palmgren-Miner线性累计损伤法则的结构疲劳寿命估算,其依托的应力水平是单独获得的,忽略了加载顺序的影响;渐增型、往复型及正弦波型3种疲劳荷载作用形式对结构疲劳寿命的影响渐趋恶劣;由高到低的加载顺序对结构造成的损伤比由低到高的加载顺序要严重.     

海上风机基础结构全寿命期静动力特性有限元分析

对某海上风机基础结构全寿命期内各特定阶段的静动力性能进行了研究,分析了特定阶段内复杂荷载作用下的结构安全性与可靠性。计算结果表明,随着海上风机服役年限的增长,结构应力、基础变形、单桩受拔最大作用力、单桩受压最大作用力、基础结构固有频率等指标略有变化,结构安全可靠。同时对服役期止的风机基础结构海生物附着厚度的敏感性进行了研究,表明海生物生长厚度对基础结构自振特性敏感性较低。     

海上张力腿式风机支撑结构疲劳载荷特性研究

采用风机正向设计软件SAMCEF for Wind Turbine(S4WT),考虑风载荷和波浪载荷的联合作用,对海上张力腿式风机支撑结构疲劳载荷进行研究。首先,对支撑结构进行动力响应分析,得到风、浪联合作用下的疲劳载荷时程曲线,并采用雨流计数法得到疲劳载荷谱。然后,基于线性疲劳累积损伤理论求出对应的等效疲劳载荷。最后,分析相同风速下不同湍流强度等级对疲劳载荷的影响。计算结果表明:对支撑结构疲劳寿命影响最大的疲劳载荷为塔基处的倾覆力矩。风载荷和波浪载荷联合作用下的等效疲劳载荷并不是二者单独作用下的等效疲劳载荷的简单线性叠加,而是介于二者之间。湍流强度每升高一个等级,等效疲劳载荷基本上增加10%左右。     

海上风机高桩承台基础结构及参数优化分析

文章以某近海海域海洋环境、工程地质条件及风机厂家资料为依据,考虑桩土相互作用对海上风电高桩承台基础进行结构设计以及参数优化,为实际工程提供设计依据。该成果可为海上风电高桩承台基础的设计与优化提供参考。     

海上风机基础与塔架体系实时安全评估方法研究

海上风机所处环境恶劣,基础与塔架等支撑结构在使用阶段受到荷载和非荷载因素,会产生累积损伤和性能退化。为了实时掌握基础与塔架体系的运行状态及安全性,进行合理的检修与维护,提出了一种基于神经网络的实时安全评估方法。结果表明:结合风况、风机运行等信息,仅在风机基础及塔架关键部位设置少量监测设备即可满足安全实时评估的数据要求;考虑限值比较、单点误差分析、总体误差分析后,可对基础与塔架局部及整体安全性进行实时评价。经实例论证,预测结果与监测数据较为接近,具有较好的实用性,可为类似工程提供参考。     

海上风电场风机基础投资估算初探

海上风电场风机基础投资估算条件复杂多样。该文根据海上风电场投资估算编制现状,结合目前开展的海上风电场项目,分析风机基础的投资构成,并对定额的组成进行初步探讨,供参考。     

海上风电场风机基础的选型设计

海上风能是一种清洁能源,有着广阔的应用前景,目前国内海上风电场的基础设计有待于进一步研究。以东海大桥海上风电场的基础选型设计为例,介绍了单桩、群桩、三角桩三种基础型式的结构计算,并结合施工条件和经济性进行综合比较。确定出东海大桥海上风电场的基础为大直径单根钢管桩基础型式。单根钢管桩基础以其自重轻、构造简单、受力明确,可为类似自然条件的海上工程提供参考。     

海上风机整体结构动力模型试验设计

基于弹性相似律和佛汝德数(Froude)相似得到水弹性相似律,并考虑弯曲刚度相似,给出海上风机整体结构各参数原型和模型之间的相似关系。以NREL 5MW基准风机和5桩基础结合建立的海上风机整体结构为背景,根据相似律完成海上风机整体结构的模型设计。使用SACS软件分别建立海上风机原型和模型的数值模型,开展动力特性和在风机荷载作用下的结构响应分析,依据数值分析结果进行相似律的验证。     

海上风电机组基础浪致疲劳分析

给出了海上风电机组基础波浪荷载导致的疲劳损伤计算方法。基于随机波浪理论,依据海浪谱将随机波浪转换为一系列线性波的组合,由Morison方程计算得到波浪荷载并进行线性化。根据线性波浪荷载作用下结构的动力分析,求得结构响应并计算得到频域范围内的结构应力传递函数。根据海浪谱和应力传递函数,进而得到结构的热点应力谱。由某海域的海况分布,依据Miner线性累计损伤准则,通过假定结构长期热点应力分布为短期Rayleigh分布的组合,计算得到结构在设计周期内的累计疲劳损伤。以某单桩基础为例,验证了计算方法的可行性。计算方法对海上风电机组基础的浪致疲劳设计具有参考价值。     

基于风险分析的海上风机基础安全性评价研究

海上风机基础是海上风机的重要组成部分,提出有效可行的方法评价海上风机基础的安全性意义重大。论文分勘察阶段、设计阶段、施工阶段和运营阶段详细阐述了影响海上风机基础安全性的有害因素。论文结合海上风机基础风险事故,提出了基于综合风险矩阵法和模糊层次综合评价的海上风机基础安全性评价方法,从而减小安全性评价的主观性,更加准确、定量地评价海上风机基础安全性。详细介绍了本文提出的安全性评价方法流程,简述了评价标准以及接受准则,并根据工程实例,建立层次分析模型,构建模糊关系矩阵,综合分析海上风机基础安全性。论文通过实例分析,验证本文提出方法的可行性及实用性。     

海上风机基础超单元计算方法对比研究

开展了随机风荷载作用下海上风机整体和半整体计算方法及半整体模型超单元计算方法对比研究。运用ＡＮＳＹＳ建立五桩与单桩风机基础模型并提取基础总刚度和质量矩阵，利用ＭＡＴＬＡＢ分别编写Ｃ－Ｂ法和ＳＥＲＥＰ法的凝聚程序得到超单元矩阵。基于整体方法和半整体方法进行结构的动力特性及动力响应对比。通过对比发现，在基础超单元选取合理的前提下，该方法得到的海上风机结构响应基本与整体耦合分析方法计算结果一致。进一步对比可得，所选取的Ｃ－Ｂ方法和ＳＥＲＥＰ方法虽然凝聚原理不同，不过所得到的基础结构超单元均能够准确模拟随机风荷载作用下转子－机舱－塔筒结构运动响应。     

高桩承台在福建海上风机基础的应用

该文针对福建目前海上风电发展情况及工程海域特点,结合工程实例,以高桩承台基础方案为研究对象,通过承台不同底高程方案的波浪荷载、桩基础静力计算、整机动力模态计算、防撞设施布置和施工难易程度等对比分析,认为高桩承台基础方案可做为福建20 m水深以内海上风电场风机基础的推荐方案之一。     

近海风机基础结构型式研究

结合东海某近海工程区域的基本地质条件进行风机基础型式的研究,确定支柱固定式基础较为适合该区域的地质条件,并结合3 MW风机机型的参数,对支柱固定式基础进行了静力和动力结构计算分析,研究成果可为我国近海风机基础的设计提供参考.     

海上风机基础内平台3种典型结构对比分析及参数化建模

通过对海上风机基础内平台三种典型结构特性对比分析,明确不同结构形式内平台在施工及安装过程中的优势和不足,各自适用的场合,为后续内平台优化设计提供参考.应用SolidWorks软件的"配置"及"设计表"功能生成不同基础直径下内平台系列模型,可实现一次建模重复利用,提高设计效率.     

基于桩筒复合基础海上风机振动特性分析

海上风机所处环境复杂,在风、波浪等随机动载作用下易发生共振破坏。为研究采用桩筒复合基础海上风机的振动特性,选择合理的基础设计参数,利用有限元软件ABAQUS进行海上风机整体建模,采用Block Lanczos方法进行模态分析,同时将所得自振频率与外荷载频率进行对比研究,并分析不同基础形式与不同基础约束条件下的风机整体振动特性。研究发现:前2阶水平弯曲频率与第3阶扭转频率为判断风机整体共振的主要频率;与单桩基础相比,桩筒复合基础能够有效增加风机抵抗水平荷载的能力,且在该设计参数条件下风机能够避免共振的发生;在基础设计时,应考虑桩土相互作用(PSI)的影响。     

海上固定式风机基础的波流载荷数值计算分析

该文以某3 MW海上风机基础为研究对象,数值分析海上固定式风机基础在不同波流载荷作用下的高桩承台基础的波浪方向受力、水平方向总推力以及基础表面特征点压力变化情况,同时探讨水深对高桩承台基础载荷性能的影响。本文的计算工具采用基于开源平台OpenFOAM自主开发的naoe-FOAM-SJTU求解器,数值分析的重点集中在风机基础载荷、压力分布以及基础周边的涡流场分布,计算结果与对应的试验数据进行对比,同时有相应的规范计算结果作为验证。该文主要处理关于波流夹角、入射波浪高度和水深对高桩承台基础影响的计算分析结果,以及提供高桩承台基础受力的详细数据,对海上固定式风机基础设计有实际指导意义。     

海上风机基础高阶水动力荷载数值模拟研究

在实际海洋环境下,海上风机结构常常承受非线性波浪和系泊系统的联合作用,探究海上浮式风机基础高阶水动力荷载及其运动响应非常重要.该文基于非线性势流理论和摄动展开技术,建立了海上浮式风机基础与波浪和系泊系统耦合作用的二阶时域高阶边界元数值分析模型,研究了OC4-DeepCwind半潜浮式风机基础在波浪作用下的动力响应特性....