基于流固耦合的海上风机桩基础受力性能分析

为了保证海上风机桩的安全性与稳定性，基于流固耦合原理对海上风机桩基础受力性能进行分析。根据动量守恒定量构建海水域控制方程，采用流固耦合原理设计风机桩和海水交界耦合控制方程，通过Adina STRUCTURE模块分析海水对风机桩基础受力性能的影响，构建海上风机桩有限元模型，模拟不同海水体积、流速、桩半径情况下，以及在风、波浪和二者共同作用下，机桩基础受力性能。试验结果表明，海水的体积与最大应力及桩顶最大位移变化成反比，当海水体积是风机桩基础体积6倍以上时，最大应力和桩顶最大位移降低程度随海水体积增大而减小；随着海水流体入口速度的增加，机桩基础的最大应力和桩顶的最大位移不断增加；风机桩基础半径由0.4 m增加到3.2 m，机桩基础最大应力和机桩桩顶最大位移分别由0.79 MPa降低到0.61 MPa、由0.89 mm降低到0.44 mm，且风电机组桩腿基础半径变化对桩顶最大位移的影响大于对最大应力的影响；风速、波浪有效波高及周期的增加，导致风机的桩基最大载荷及桩顶最大位移逐渐增加，风和波浪的共同作用会增加基础的最大载荷和桩顶最大位移。