海上风电机组基础全寿命疲劳分析

摘要

海上风机基础结构处在复杂的海洋环境中，承受海洋环境荷载和上部风机荷载的共同作用，易在结构连接部位产生应力集中，并发生疲劳破坏。结构腐蚀是海洋工程中常见的现象，腐蚀的发生可降低结构的力学特性，而且结构更加容易发生疲劳。因此，进行海上风机基础结构在服役期的疲劳分析具有重要意义。
　　本文以实际工程为背景，三桩导管架基础为研究对象，进行海上风机基础结构关键节点全寿命疲劳分析。论文的主要内容如下:
　　(1)首先介绍论文中所涉及的基本理论，包括S-N曲线、疲劳累积损伤理论和波浪理论等，以及结构疲劳损伤值计算中运用的ANSYS OFFSHORE-ASAS软件。
　　(2)鉴于风机生产商与海洋工程设计者之间信息不共享，采用简化实用的海上风机基础结构疲劳损伤分析方法，即独立分析波浪载荷和风机载荷对基础结构疲劳的影响，并通过气动阻尼体现两者的联系，然后进行两者的叠加。
　　(3)采用疲劳损伤值直接叠加法和等效应力法，计算结构在风浪联合作用下的疲劳损伤值。比较分析两种类型计算方法对疲劳损伤值的影响，并推荐合适的方法估算三桩导管架结构关键节点的疲劳损伤值，最终计算结构的设计疲劳损伤值，评估结构服役期内是否发生疲劳破坏。
　　(4)根据国内外规范和研究资料，确定腐蚀参数，然后依据均匀腐蚀的原则，以10年、20年和30年时板厚的减损代表腐蚀进行建模，探讨腐蚀对三桩导管架结构设计疲劳损伤值的影响。

目录

声明

摘要

1 绪论

1．1 研究背景、现状和意义

1．1．1 研究背景

1．1．2 国外海上风电发展现状

1．1．3 国内海上风电发展现状

1．1．4 海上风机基础结构形式

1．1．5 海上风机基础疲劳的研究意义

1．2 海上风机基础疲劳的研究现状

1．3 本论文主要工作

2 理论基础

2．1 疲劳基础理论

2．1．1 疲劳理论发展历史

2．1．2 疲劳概念

2．1．3 雨流计数法

2．1．4 疲劳曲线

2．1．5 疲劳累积损伤准则

2．2 ANSYS OFFSHORE-ASAS简介

2．2．1 ASAS(linear)模块

2．2．2 WAVE模块

2．2．3 MASS模块

2．2．4 RESPONE模块

2．2．5 FATJACK模块

2．3 波浪理论

2．3．1 确定性波浪理论

2．3．2 随机波浪理论

2．4 本章小结

3 风和波浪单独作用下风机基础结构的疲劳分析

3．1 基本资料

3．1．1 海上风机基础结构

3．1．2 海洋环境姿料

3．1．3 建模

3．2 疲劳分析方法

3．2．1 疲劳分析方法的选择

3．2．2 谱疲劳分析法

3．2．3 确定性方法

3．3 波浪作用下海上风机基础结构关键节点的疲劳分析

3．3．1 管节点热点应力的确定方法

3．3．2 应力集中系数(SCF)

3．3．3 附加水质量和附着海生物的影响

3．3．4 动力放大系数(DAF)

3．3．5 应力传递函数和波浪谱的选取

3．3．6 S-N曲线

3．3．7 波浪作用下结构关键节点疲劳损伤

3．4 风机荷载下海上风机基础结构关键节点的疲劳分析

3．4．1 风机载荷资料

3．4．2 管节点热点应力计算

3．4．3 S-N曲线

3．4．4 风机作用下结构关键节点疲劳损伤

3．5 风浪单独作用导致结构疲劳损伤的比较

3．6 本章小结

4 风浪联合作用下三桩导管架基础关键节点的疲劳分析

4．1 疲劳损伤值直接叠加

4．2 等效荷载法

4．3 疲劳损伤值叠加方法的选择

4．4 风机基础结构疲劳的评估

4．5 本章小结

5 腐蚀对风机基础疲劳的影响

5．1 腐蚀机理、类型和影响因素

5．2 腐蚀模型

5．2．1 腐蚀模型概述

5．2．2 腐蚀模型

5．3 腐蚀在海洋工程中的应用

5．4 腐蚀参数的选取

5．5 腐蚀对风机基础结构疲劳的影响

5．6 本章小结

结论

参考文献

附录

攻读硕士学位期间发表学术论文情况

致谢