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1、ai 目录 第一章 绪论 .11.1 海上风电场.11.2 本论文研究内容.51.3 本论文研究价值和意义.6 第二章 海上风电场基础.82.1 基础形式.82.2 基础类型选型的影响因素132.3 海上风机基础防腐蚀、防冲刷设计142.4 桩基承载力研究现状及水平152.5 本章小结17 第三章 单桩基础结构静力分析.193.1 静力荷载计算193.2 结构静强度分析模型的建立263.3 静力加载及分析273.4 本章小结29 第四章 单桩基础结构动力分析模型建立304.1 有限元方法的应用304.2 结构动力分析有限元模型的建立314.3 本章小结33 第五章 单桩基础结构结构动力分析34
2、5.1 引言345.2 单立柱结构模态分析345.3 本章小结39 第六章 单桩基础结构动力耦合分析406.1 数值模型的建立406.2 结构动力响应分析结果406.3 本章小结42 第七章 结论与展望437.1 结论437.2 展望43 参考文献44 附录.46 致谢.50江苏响水近海风电基础动力数值分析摘 要：当今世界，随着全球人口数量的膨胀和社会经济的发展，世界能耗的增长，化石能源日趋匮乏和枯竭，能源开发导致的环境污染问题日益突出。因此，改善能源结构，利用新能源和可再生能源，已成为世界各国关注的热点。海上风能是一种丰富的清洁可再生能源，然而海上风力发电机的基础结构所处环境恶劣性，致使其施
3、工困难、建造成本高。因此，海上风机基础结构的经济性、安全性与稳定性成为了当今研究的热点。本文在缺乏国内相应设计规范的条件下，对桩式风机基础结构的强度、稳定性进行了研究与分析。本文选用单桩风机基础结构进行研究。研究包括:荷载计算、结构静力和动力分析。（1）荷载计算主要计算风机荷载和风荷载。由于风力发电机塔架属于高耸结构物，本论文根据中华人民共和国机械行业标准风力发电机组设计要求JB/T 10300-2001 来确定风机荷载。（2）对结构进行静力分析及相应模型的建立。在强度和刚度两个方面对结构进行校核。（3）对结构进行动力分析及相应模型的建立。有水情况下和没水情况下的模态分析。（4）对结构进行动力
4、耦合分析及相应模型的建立。对结构的静力分析得出，按照风力发电机的出厂尺寸建模结构的刚度和强度都满足要求。对结构进行模态分析，验证是否合理的避开风机的共振频率。最后对单立柱结构在风机荷载、风荷载和水流冲击荷载下动力耦合分析表明单立柱对动荷载反应较强烈，尤其表现在刚度方面，说明单立柱结构整体刚度较小。海上风电基础结构形式的研究直接影响海上风电机组的发展速度，是一个有着长期价值的研究领域。目前可以通过分析单立柱结构在不同动力荷载作用下的动力响应特性和不同动力源的动力耦合特征，提出风机荷载是关键的影响因素，要着重进行考虑。该研究不仅为其他基础结构提供了借鉴的价值，而且为海上风电结构的施工和安装提供更为
5、准确的信息。关键词：风力发电；单桩基础；荷载；动力分析Dynamic numerical analysis of offshore wind-electricity foundation in Xiangshui Jiangsu provinceAuthor:Wang Lei Supervisor:Zhang AijunAbstract:Nowadays,it is well known that the population is exploding in the word; the social economy is increasingly developing and the ener
6、gy source consumption is going up;the fossil energy gets exhausted day and day.In addition,the exploitation results in a great deal of pollution.So,improving the energy framework and using the renewable energy have attracted the worlds eye.Maritime wind energy，as a kind of abundant renewable clean e
7、nergy，its popularization and application has already become the tendency.The complexity of wind turbine foundation in hostile environments leads to the high cost of the offshore wind power.In the absence of norms，intensity，stability and fatigue life of the wind turbine foundation is studied and anal
8、yzed in this paper.A single pile foundation is studied in this paper which includes calculation of loading, static analysis and dynamic analysis.(1) The fan load and wind load are mainly calculated in the part of load calculation. The fan equipment is a lofty structure. It is based on wind power gen
9、eration of the machinery industry standard that the fan load is determined.(2) Static analysis and model building. Static analysis includes intension and rigidity check.(3) Dynamic analysis and model building. Dynamic analysis includes modal analysis with water and that without water.(4) Dynamic cou
10、pling analysis and model building.The conclusion of static analysis is that intension and rigidity check meet standard requirement. The purpose of modal analysis is to avoid the fan resonance frequency. Lastly, dynamic analysis to the structure is made under the coupling of fan load, wind load and c
11、urrent force. The result shows that the structure is sensitive to dynamic load, especially rigidity, which shows that the structure rigidity is not high enough. The development of the offshore wind turbine generation is contributed by the study of its foundation. It is a long-term valuable research.
12、 At present, based on the dynamic characteristic analysis and the dynamic coupling analysis of the monopole under the combined load effect, it is proposed that the turbine load is the crucial effect factor and should be stressed on. The research provides not only references but also reliable informa
13、tion for the construction of the offshore wind turbine structures.Key word: wind power; single pile foundation; load; dynamic analysis江苏响水近海风电基础动力数值分析0第一章 绪论1.1 海上风电场1.1.11.1.1 选题背景及意义选题背景及意义目前世界能源中近 90%来自不可再生的化石能，国际能源机构预测，从现在起到2050 年，煤、石油、天然气三种化石能的消耗将占全球能源消耗总量的 85%。其中煤炭的需求每年增加 300%，天然气的需求量增加 138%，石
14、油的需求将上升 69%。能源的剧增，环境污染的加剧，一次能源的枯竭使得各国将目光转向开发利用清洁、可再生能源1。风能作为一种洁净无污染的可再生能源，与陆上风电场相比，近海风电场具有低耗能、高产出等优点，对于改善能源结构、保护生态环境都有着深远的意义，越来越受到世界各国的重视。从理论上讲，地球上 1%的风能就能满足全世界的能源需求1。风力发电是目前利用风能的重要形式，也是多种可再生能源利用技术中比较成熟的。如今，大型风电场正从陆地向海上发展，因为海洋风资源丰富，受环境制约少，风电机组发电量多、风能利用更加充分，其能量收益比沿海风资源丰富地区陆地风机高20402。风能开发包括：海上风场调查、计算与
15、评估方法；兆瓦级大功率风机的设计理论于制造工艺研究；提高支撑结构与基础结构的安全性、稳定性与经济性；海上风电输送与并网技术，发电设备与防腐技术。由于风机安装在海床上，基础所处的地质结构复杂，需要承受海上风、浪和海流等诸多随机荷载作用，且受到地震作用的威胁，使得风机基础结构复杂，体积庞大，造价昂贵。同时海上施工难度大，使得海上风能开发投资巨大，基础结构被公认为是造成海上风电成本较高的主要因素之一，约占总成本 40%，因此对这一投资高、风险大的复杂基础结构进行设计计算的研究是十分必要的。1.1.21.1.2 与陆上风电场相比，海上风电具有的优缺点与陆上风电场相比，海上风电具有的优缺点1）优点风能资
16、源储量大、环境污染小、不占用耕地，节约土地资源，减少噪声及公众视觉冲击3；建成后又可以作为一种旅游资源，起到美化环境的效果。海上有大片连续的区域可用，发展空间不受限制；湍流强度低，海平面摩擦力小，作用在风电机组上的疲劳载荷较少，从而可延长使用寿命，基础也可重复利用，设计寿命可达 50 年4；风切度小，即风速随高度的变化小，不需要很高的塔架，降低风电机组成本5；高产出，海上风电场对噪音要求较低，可通过增加转动速度及升高电压来提高江苏响水近海风电基础动力数值分析1电能产出；风速高，风能资源比陆上大，离岸 10km 的海上风速通常比沿岸陆上高约 25%6，距离海岸线越远，风速越大，发电量可明显增加；海上风电场由于所处的地理位置的优势，而带来的成本下降和单机输出功率的增长将进一步体现出来，允许安装单机容量更大的风机，高者可达 5MW10MW。2）缺点基础昂贵；电网接入集成成本高；安装成本高,安装过程受天气环境的制约；运行、维护实施困难,直接导致机组可利用率下降,影响发电量。1.1.31.1.3 海上风力发电现状概述海上风力发
