海上风电单桩基础防撞装置设计及力学性能分析

摘要

风电作为新型可再生能源在国内外得到迅速发展。基础结构作为海上风电机的重要支承构件，其安全关系着风电机组的安全运行。在海上风电机组运营或施工过程中，船舶碰撞现象屡见不鲜，事故一旦发生，往往损失巨大。因此，研究并开发经济实用的防撞装置对海上风电基础结构的保护具有非常重要的意义。本文提出一种新型FRP缓冲吸能防撞装置，并对其进行初步设计、力学性能分析和吸能效果评价等方面的研究。 本文的主要研究内容有： （1）根据柔性耗能的设计理念，完成防撞装置构型的主尺寸设计。通过静力分析，结果表明初步设计满足基本要求。 （2）对防撞装置的基本单元进行参数分析，考虑了单元体1中的受撞板的厚度d11、单元体1中的六边形堆砌阵列的壳体厚度d12、单元体2中四边形堆砌阵列的壳体厚度d2、六边形的网格尺寸l12这四个主要参数，应用有限元软件进行静力分析，考虑整个防撞装置应力分布和位移的敏感性，优化防撞装置。 （3）考虑了设置防撞装置和未设置防撞装置的两种工况，利用显示非线性有限元分析的计算方法，数值模拟了1000t级散货船和海上风电机单桩基础的碰撞过程，对碰撞过程中的能量消耗、撞击力、撞击时长、防撞单元的变形等方面进行分析，考察了防撞装置耗能效果和耗能机理。计算结果表明：设置防撞装置比未设置防撞装置的碰撞时间延长了0.522s，最大撞击力减少了26.67%，单桩基础最大变形减少了61.73%，防撞装置消耗能占83.65%。本文提出并设计的防撞装置能够有效的耗散船舶的动能、降低最大撞击力并且延长碰撞时间，能很好保护单桩基础。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 背景和意义

1.2 国内外研究现状

1.3 新型复合材料吸能型防撞装置

1.4 本文主要内容

第2章 船舶防撞分析方法

2.1 防撞装置的设计步骤

2.2 船舶撞击力的计算

2.3 模拟碰撞的数值分析方法

2.4 本章小结

第3章 防撞装置初步设计及分析

3.1 防撞装置的概念设计和选型

3.2 防撞装置的构造设计及尺寸

3.3 防撞装置的计算分析

3.4 防撞单元计算结果分析

3.5 不同碰撞角度情况下的分析

3.6 本章小结

第4章 防撞装置力学性能参数分析

4.1 模型的主要参数

4.2 正撞工况下受撞板厚度参数d11对结构的影响

4.3 正撞工况下六边形结构壳体厚度d12对结构的影响

4.4 正撞工况下四边形结构壳体厚度d2对结构的影响

4.5 正撞工况下单元体1网格尺寸大小l12对结构的影响

4.6 本章小结

第5章 防撞装置吸能效果评价

5.1 碰撞背景

5.2 碰撞分析中的材料模型

5.3 碰撞分析中的接触算法

5.4 工况情况

5.5 有限元模型的选择

5.6 两种工况下碰撞结果分析对比

5.7 防撞装置变形及吸能机理分析

5.8 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢