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张力腿式(TLP)海上风电支撑结构在环境荷载下的动力特性及稳定分析

关注热度:240   来源:新能源学术论文  作者:李翠玲
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【摘要】:风能是空气流动所产生的动能,是清洁无污染的可再生能源。对风能的开发和利用,可以有效改善能源结构,提高环境质量。海上风力发电具有陆上发电无可比拟的优势。 海上风电支撑结构作为风力发电机组装置的竖向支撑,关系到整个发电装置的安全运行。海上风力发电支撑体系处在复杂的海洋环境下,如何使其在多种环境荷载的作用能够安全有效地运行,是建设海上风电场亟需解决的问题。本文研究的TLP浮式风力发电机组,可应用于深海区域,在运行中会受到风、波浪、海流及其他荷载的作用。在动力荷载下,结构将产生明显的动力反应。此时结构的动力分析、动力稳定将尤为重要。本文对浮式风力发电机的支撑体系的研究,通过理论分析和有限元模拟主要对以下问题进行了系统分析: (1)基于有限元分析理论,建立TLP海上风电机支撑结构有限元模型,对未加钢缆及加设钢缆模型进行模态对比分析,并结合上部风机参数进行共振分析。建模时考虑本文主要针对支撑部分进行研究,故将上部风机叶片和轮毂等效为质量点与塔架顶部进行耦合处理。 (2)考虑了风、波浪及海流荷载作用下,TLP支撑结构的动力特性。 (3)分析了TLP浮式风电支撑结构动力失稳的各种因素,采用瞬态分析法对TLP海上支撑结构在风荷载作用下的动力响应进行研究,得到支撑结构关键部位的位移响应时程。 (4)利用PSD分析法对波浪荷载作用下的结构进行谱分析,提取部分节点的频域响应图。针对较为平稳的海流荷载,通过拟静力分析法对结构在该荷载作用下的结构响应进行比较。 论文采用理论分析和有限元方法对张力腿式(TLP)支撑结构在环境荷载下的动力特性问题进行研究,并通过Heines-Strett经典稳定区域对钢缆在波浪荷载下的稳定性进行分析,为海上风力发电浮式结构的进一步研究提供参考。
【关键词】:TLP海上风机 有限元 动力特性 稳定分析
【学位授予单位】:烟台大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2014
【分类号】:TU311.3;TM315
【目录】:
  • 摘要3-4
  • ABSTRACT4-6
  • 目录6-9
  • 1 绪论9-14
  • 1.1 研究背景及意义9-10
  • 1.2 国内外研究现状10-13
  • 1.3 论文主要研究内容13-14
  • 2 TLP 支撑结构有限元建模14-28
  • 2.1 引言14
  • 2.2 TLP 支撑结构选择14-21
  • 2.2.1 支撑结构的定义14-15
  • 2.2.2 支撑结构的分类15-18
  • 2.2.3 TLP 支撑结构18-21
  • 2.3 TLP 支撑结构有限元模型21-27
  • 2.3.1 有限元法基本思路21
  • 2.3.2 相关单元特性21-24
  • 2.3.3 有限元模型24-27
  • 2.4 本章小结27-28
  • 3 环境荷载模型及处理方法28-39
  • 3.1 引言28
  • 3.2 风荷载28-31
  • 3.2.1 基本理论28-29
  • 3.2.2 风荷载计算29-31
  • 3.3 波浪荷载31-36
  • 3.3.1 基本理论31-32
  • 3.3.2 线性波理论32-33
  • 3.3.3 有限振幅波理论33-34
  • 3.3.4 波浪荷载计算34-36
  • 3.4 海流荷载36-38
  • 3.4.1 基本理论36-37
  • 3.4.2 海流荷载计算37-38
  • 3.5 本章小结38-39
  • 4 TLP 支撑结构的动力响应分析39-61
  • 4.1 引言39
  • 4.2 基于 ANSYS 的动力分析基本理论39-42
  • 4.2.1 动力学基本方程39-41
  • 4.2.2 动荷载41
  • 4.2.3 阻尼41-42
  • 4.3 模态分析42-50
  • 4.3.1 基本理论42-43
  • 4.3.2 TLP 支撑结构的模态分析43-49
  • 4.3.3 TLP 支撑结构的共振分析49-50
  • 4.4 风荷载下的动力响应分析50-54
  • 4.4.1 瞬态动力分析50-51
  • 4.4.2 随机风荷载作用下的结构响应51-54
  • 4.5 波浪荷载下的动力响应分析54-59
  • 4.5.1 谱分析法54-56
  • 4.5.2 波浪荷载作用下的结构响应56-59
  • 4.6 海流荷载下的结构响应分析59
  • 4.7 本章小结59-61
  • 5 TLP 支撑结构的动力稳定分析61-70
  • 5.1 引言61
  • 5.2 动力稳定理论61-64
  • 5.2.1 动力失稳61-63
  • 5.2.2 经典判定准则63-64
  • 5.3 基于波浪荷载的动力稳定性分析64-69
  • 5.4 本章小结69-70
  • 6 结语70-72
  • 参考文献72-75
  • 致谢75-76
  • 附录 1 攻读学位期间发表的论文目录76-77


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关键词: TLP海上风机

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