基于向量式有限元的海上风电桩式基础碰撞分析

摘要

风能是一种可持续利用的清洁能源，具有分布范围广，开发空间足，无污染等优点。随着陆上风电资源的有效利用，海上风电的发展已经成为各国风电发展的新战略。基础结构作为风电机组的重要支撑构件，其安全性影响到风力发电机组能否正常运行，其中船舶碰撞是影响风电基础安全性的一个重要因素。目前国内外模拟船舶碰撞大多采用传统的有限元方法，存在求解时间长，计算收敛难等缺点。本文使用向量式有限元理论，系统的研究了海上风电基础与船舶的碰撞反应，得到一些有意义的结论，为今后海上风电基础的设计提供参考。本文完成的研究内容包括： (1)应用向量式有限元的梁单元理论，推导出海上风电基础静力分析和船舶碰撞分析公式，应用Matlab编制了相应的计算程序，并与通用的有限元软件ANSYS进行对比分析，验证了本文计算程序的正确性。 (2)以某3MW海上风电单立柱三桩基础结构为研究对象，考虑风电基础所受到的工作荷载和海洋环境荷载，利用向量式有限元程序分析了海上风电基础的静力力学特性，探讨了海上风电单立柱三桩基础的应力和位移分布规律。 (3)采用向量式有限元理论分析了单立柱三桩基础与船舶的碰撞过程，探讨了不同船舶吨位和碰撞速度对单立柱三桩基础碰撞后的位移、速度、应力、碰撞力和结构动能的影响。

目录

声明

第1章 绪论

1.1 选题的意义及背景

1.2 国内外海上风电发展现状

1.3 海上风电基础分类

1.4 向量式有限元的研究现状

1.5 船舶碰撞问题研究现状

1.6 本文研究的主要内容

第2章 向量式有限元梁单元理论

2.1 引言

2.2 基本概念

2.3 基本假设

2.4 向量式有限元基本原理

2.5 向量式有限元梁单元理论

2.6 本章小结

第3章 基于向量式有限元的三桩基础静力分析

3.1 三桩基础模型参数

3.2 荷载分析

3.3 结构静力力学性能分析

3.4 计算结果验证

3.5 本章小结

第4章 向量式有限元的碰撞理论

4.1概述

4.2 接触侦测

4.3 碰撞反应

4.4 算例分析

4.5 本章小结

第5章 船舶单立柱三桩基础碰撞分析

5.1 引言

5.2 基于向量式有限元的碰撞计算模型

5.3 碰撞船舶吨位对碰撞过程的影响

5.4 碰撞速度对碰撞过程的影响

5.5 本章小结

结论与展望

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