渤海海域海上风电工程结构冰激振动研究

摘要

随着海上风能发电的高速发展，寒区海域的风能开发在风电产业发展中已占据越来越重要的战略地位。然而，与巨大风能储备相伴随的是大面积的海冰作用威胁，如何保障风电机组在这些寒区海域特有威胁下保持安全、可持续的运行，即成为寒区海域风电产业发展中的关键性问题。正是基于这一背景，本文运用数值模拟的方法，针对渤海某区域海上风电系统的单柱三桩式支撑结构进行了深入的冰激振动分析。
　　分析中，首先准确模拟了结构的非线性特征，即具有显著动力特性差异的主-从式结构特征，并根据工程场址海域冰情条件，设置了合理的海冰分析工况。随后依据概化冰力函数确定了作用于风电基础结构上的动冰力时程，并开展全时域瞬态动力分析。通过对计算结果的详尽分析，建立了表征冰与风电结构相互作用进程的综合控制因子IC，并进一步建立了基于综合控制因子的冰振事件区划及其出现概率的预判方法。相关方法将为渤海海域风电工程结构冰激振动问题的预判与评估提供重要的参考。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景

1．2 海上风电工程结构

1．3 寒区海域海上风电工程结构特征及研究现状

1．4 研究内容

第二章 海冰的物理力学性质及破坏模式

2．1 海冰的物理性质

2．1．1 海冰的微观结构

2．1．2 海冰盐度与孔隙率

2．1．3 海冰的密度

2．2 海冰的力学性质

2．2．1 海冰的压缩强度

2．2．2 海冰的拉伸强度

2．2．3 海冰的弯曲强度

2．2．4 海冰的剪切强度

2．2．5 海冰的弹性模量与泊松比

2．3 冰排破坏模式及载荷计算

2．3．1 直立结构前的破坏模式及载荷计算方法

2．3．2 海冰在抗冰锥体前破坏模式及载荷计算方法

2．4 本章小结

第三章 海上风电基础结构冰激振动分析方法

3．1 冰激锥型结构振动

3．2 概化冰力函数

3．3 本章小结

第四章 海上风电基础结构冰激振动数值模拟分析

4．1 风机基础结构

4．2 风机塔筒结构

4．3 桩—土系统的模拟

4．3．1 桩-土相互作用计算

4．3．2 地质资料及参数选取

4．3．3 桩-土相互作用弹簧模型

4．4 模态分析

4．5 工况设置

4．6 瞬态动力分析

4．7 本章小结

第五章 海上风电基础结构冰激振动事件的评估与区划

5．1 计算结果与讨论

5．1．1 位移响应

5．1．2 应力响应

5．2 冰激振动事件评估

5．3 冰激振动事件区划

5．4 本章小结

第六章 结论与展望

6．1 结论

6．2 展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢