海上风电维护船连接装置设计及强度分析

摘要

欧洲的一些国家如德国、美国、丹麦、挪威、瑞典、爱尔兰等都是风电技术发展比较先进的国家，目前普遍采用带有专业连接设备的小型船舶用于海上风电场的运输维修作业。而现阶段，国内对于风电场机组的维护主要是借用的拖船，或者是利用安装船代替专门的维护船接送人员和维护风机。建造适用于风电维护船与风机塔基靠船件的连接装置也就成为风电维护工作亟待解决的问题。
　　本文的研究对象是风电维护船连接装置，主要从方案概念设计、受力、强度等方面对其进行了研究。主要包括以下几点:
　　1.对风电维护船的运动理论进行了分析，把复杂的船体运动用六个自由度来表示，指出作业过程中需要约束的自由度，为连接装置的设计做基础铺垫；总结和研究了国内外风电维护船连接装置的发展现状，借鉴了前人的研究成果，针对单体船和双体船分别设计出了一个风电维护船连接装置，详细描述了各构件的连接方式和设计方案；该连接装置结构简单，同时对施工作业中的人员安全起到有效的保护作用。
　　2.本文利用势流理论对风电维护船和连接装置组成的系泊系统的水动力进行了分析计算：采用ANSYS建立了船壳的有限元模型，导入AQWA中进行水动力系数计算，并计算风电维护船连接装置在不同浪向角下的载荷和运动响应，选取各方案各工况下的最危险载荷。
　　3.应用 Solidworks软件，创建风电维护船连接装置的各个部件的三维模型，并进行装配，建立了连接装置的整体模型，通过与workbench软件之间的无缝连接接口，将连接装置模型导入workbench中，进而进行加载计算。
　　4.对连接装置的模型在各工况下的强度进行计算，得到了各工况下连接装置的详细应力分布和变形情况，在此基础上，对连接装置整体结构强度进行评估，对应力较大或较小区域的结构进行了改进。
　　本文所获得的一些结论，对小型海洋结构物连接装置的设计具有一定的参考价值，对今后该类连接装置的后续研究能有一些参考作用。

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第1章 绪论

1.1 选题的理论意义和实用价值

1.2 国内外研究现状和发展趋势

1.3 论文的主要研究内容

第2章 波浪中连接装置载荷计算理论

2.1 随机波浪理论

2.2 短期预报理论

2.3 浮体的运动方程

2.4 频域下船体运动理论

2.5 时域下船体运动理论

2.6 格林函数法

2.7 本章小结

第3章 连接装置概念设计

3.1 概述

3.2 风电维护船的自由度分析

3.3 连接装置概念设计

3.4 本章小结

第4章 连接装置载荷计算

4.1 AQWA软件简介

4.2 载荷计算流程

4.3 水动力模型建立

4.4 海况参数及工况

4.5时域耦合分析计算结果

4.6 本章小结

第5章 连接装置的强度计算

5.1 有限元分析计算原理和步骤

5.2 有限元模型建立

5.3 接触对设置

5.4 单元选择与网格划分

5.5 边界条件和载荷施加

5.6 结果与分析

5.7 连接装置方案结构调整

5.8 本章小结

结论与展望

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表学术论文

致谢