文档介绍：分类号 TU391 单位代码 10618
密级学号 2130095012
硕士学位论文
风浪荷载下近海风机基础的可靠性分析
研究生姓名: 蒋博闻
导师姓名及职称: 赵明阶教授
申请学位类别工学硕士学位授予单位重庆交通大学
一级学科名称水利工程论文提交日期 2016年 4 月20 日
二级学科名称港口、海岸及近海工程论文答辩日期 2016年 6 月 1 日
2016年 6 月 12日
Reliability Analysis of
Offshore Wind Turbine Foundation under Wind Loads and Wave Loads
A Dissertation Submitted for the Degree of Master
Candidate:Jiang Bowen
Supervisor:Prof. Zhao Mingjie
Chongqing Jiaotong University, Chongqing, China
重庆交通大学学位论文原创性声明
本人郑重声明:所呈交的学位论文,是本人在导师的指导下,独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外,本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体,均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。
学位论文作者签名: 日期: 年月日
重庆交通大学学位论文版权使用授权书
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学位论文作者签名: 指导教师签名:
日期: 年月日日期: 年月日
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本人同意将本学位论文提交至中国学术期刊(光盘版)KI系列数据库中全文发布,并按《中国优秀博硕士学位论文全文数据库出版章程》规定享受相关权益。
学位论文作者签名: 指导教师签名:
日期: 年月日日期: 年月日
摘要
本文依托教育部博士点基金项目(编号:20125522110004)和重庆市自然科学基金重点项目(编号:cstc2013jjB3002),以江苏省如东县近海及潮间带风电场建设项目为工程背景,基于以概率数理统计为基础的结构可靠度理论,对风、浪荷载下近海风机基础的可靠性进行了研究。主要研究内容及成果如下:
(1)通过对比不规则波线性叠加理论与五阶Stokes波理论对波浪模拟的准确度和计算效率,选用五阶Stokes波理论对作用在风机基础上波浪荷载进行了时程模拟。根据江苏省如东县近海及潮间带风电场的波浪统计参数,基于谱分析法和波浪的长期统计分布规律的相关理论,确定了波浪的波高满足瑞利分布的概率分布模型和周期的满足高斯分布的概率分布模型。
(2)根据江苏省如东县近海及潮间带风电场风速分布的特点,将采用指数律模拟的轮毂高度处的平均风与谐波叠加法模拟的轮毂处脉动风相叠加,获得了轮毂高度处“平均风与脉动风叠加”模型。根据Kaimal脉动风功率谱与极端运行阵风相关理论,通过计算获得了符合实际情况的极端运行阵风模型。
(3)基于风力机特性,简化计算了“平均风与脉动风叠加”模型和极端运行阵风模型的风轮推力,经过对比,获得了随机脉动风与极端运行阵风的线性叠加风速模型。根据平均风速和脉动风速的统计特性,计算得出了满足瑞利分布的轮毂高度处平均风速概率模型和满足高斯分布的脉动风速的概率模型。
(4)采用有限元数值模拟的方法,建立近海风机结构总体模型(包括近海风机单桩结构模型和桩土相互作用的非线性模型),对单桩式近海风机的有限元模型进行了静力强度和动力响应分析,并通过对比两者在关键点处的应力与位移,以的动力放大系数对随机变量的概率分布模型进行了修正。
(5)考虑风机正常运行和顺桨停机两种工况,选择蒙特卡罗法对风机结构的荷载效应(输出变量)进行随机抽样,并进行了随机变量与输出变量的趋势分析,获得了两者之间的函数关系。按照确定的函数关系对荷载效应(输出变量)进行随机抽样,得出了其正态化的概率分布模型。
(6)根据荷载效应概率分布模型,计算出塔筒顶端位移和基础最大应力取不同极限值时的失效概率,并对风机结构进行了失效特性分析。在失效特性分析的基础上,对结构设计提出了几点建议。