导管架式海上风电基础结构分析

摘要

风能作为可再生的清洁能源，具有其自身的优越性，随着海上风能大规模的开发和利用，海上风机成为了又一种重要的海洋工程结构物。本文以3MW四桩腿导管架式海上风机基础为研究对象，考虑其复杂的海洋环境载荷和土壤作用，使用SACS有限元分析软件对结构进行了静、动力分析和疲劳损伤研究。其主要工作包括：
　　（1）详细研究了海上风机基础复杂的海洋环境及其相关理论，包括气动载荷的计算、波浪理论的选择、波浪力的计算和海流载荷的计算等。
　　（2）结合给定尺寸和相关规则在SACS软件中建立风机基础结构模型，对于泥面以下的桩-土共同作用使用PSI模块进行模拟，根据结构受到的海洋环境载荷确定计算工况和相关系数。
　　（3）对结构进行静力计算，校核不同工况下结构的杆件应力、节点冲剪应力和桩基承载力，通过计算结果中UC值的大小来判定是否符合规范要求，找出结构中最危险节点及其对应的工况。
　　（4）结合风机基础所处海域海浪的波向概率分布将结构的疲劳载荷按实际情况施加在结构上，基于相关疲劳分析理论对结构进行全方位波浪载荷作用下的波谱疲劳损伤效应分析，计算出结构上主要管节点的疲劳损伤度和疲劳寿命，为研究海上风机基础结构提供更加准确合理的疲劳分析方法，并以此为依据对结构进行优化设计，分析了桩腿壁厚对于结构各节点疲劳强度的影响。

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第一章 绪论

1.1选题背景及研究意义

1.2海上风电的技术特点和发展情况

1.3海上风电基础结构型式

1.4风机结构的研究现状

1.5本文研究目的和内容

第二章 海上风机环境载荷

2.1海上风机风载荷

2.2海上风机波浪载荷

2.3海上风机海流载荷

2.4本章小结

第三章 导管架式海上风机基础结构形式与环境条件

3.1 SACS软件介绍

3.2导管架式海上风机基础结构模型

3.3导管架式海上风机基础结构环境条件及载荷计算

3.4本章小结

第四章 导管架式海上风机基础结构静力分析

4.1桩-土的相互作用研究（PSI）

4.2导管架式海上风机基础载荷工况

4.3导管架式海上风机基础结构静力分析

4.4本章小结

第五章 导管架式海上风机基础结构疲劳分析

5.1疲劳损伤理论

5.2导管架式海上风机基础模态分析

5.3波浪载荷作用下导管架式海上风机基础谱疲劳分析

5.4基于疲劳损伤的模型优化设计

5.5本章小结

第六章 结论与展望

6.1结论

6.2展望

参考文献

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