近海风机在风浪联合作用下的荷载及响应分析.pdf

浙江大学硕士学位论文近海风机在风浪联合作用下的荷载及响应分析摘要近海风机在正常工作情况下,往往会受到风浪荷载的联合作用。作为一种高耸结构,其基频往往落在风浪荷载的卓越频率范围之内,因此近海风机是一种风浪敏感性结构。风致荷载和浪致荷载除了会对塔架基础产生较大的倾覆力矩以及水平剪力之外,其脉动特性往往会对风机塔架支撑系统产生较大的疲劳荷载,该疲劳荷载往往对风机塔架以及基础的设计起着重要甚至决定性的作用,可见研究近海风机在风浪联合作用下的荷载以及响应至关重要。首先,本文基于现有的风荷载模拟理论,考虑了海上风场粗糙度与风速的相关性,对海上风场进行了重现。其次,本文介绍了常见的风轮气动荷载计算理论,分别采用了基于动态尾流模型、平衡尾流模型上修正后的叶素动量理论计算了叶轮在旋转过程中桨叶的气动荷载并比较了两种尾流模型对塔顶风轮荷载的影响。第三,基于线性波浪叠加法对海上随机波浪场进行重现,并结合Morison方程,计算了塔架在随着波浪作用下的波浪力。第四,基于前述风浪场,利用消退图考虑风浪相关性,采用时域雨流法编制了考虑不同风速和风向条件下的塔架结构所承受的疲劳荷载谱;针对不同的外部条件计算了基底等效疲劳荷载,并考察了其对外部条件的敏感性;此外,针对风浪联合作用下的等效疲劳荷载与风、浪单独作用下的疲劳荷载进行对比分析,得出了风机塔架基底疲劳荷载的特性。最后,针对三种常用的基础塔架结构,引入土体非线性条件,在时域上分析了近海风机塔架在风荷载作用下的随机动力响应,比较并分析了不同基础形式对结构动力响应的影响。关键词:近海风机,风浪场仿真、风浪联合,疲劳荷载、土体非线性浙江大学硕士学位论文近海风机在风浪联合作用下的荷载及响应分析AbstractOffshorewindturbines(OWTs)—risingstructure,thebasicfrequencyofanOWToftenliesbetweenthedominantfrequencyrangesofwindandwave,,,,basedontheexisting埘ndsimulationtheory,theseawindfieldisregenerated,,somebasictheoriesofaerod)(BEM),,therandomwavefieldisestablishedbasedonlinearwavetheory,,putedwiththetime—domainrain--,,bined诵ndandwave,、Ⅳindonly,,dynamicresponseofthesameOWT