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浮式风机塔筒和系泊系统结构可靠性研究
| 论文题名： | 浮式风机塔筒和系泊系统结构可靠性研究 |
| 关键词： | 工程船舶;浮式平台;风力荷载;结构强度 |
| 摘要： | 海上风电事业正以前所未有的速度进行发展，海上风机也从浅海走向深海，从固定式向漂浮式发展；随着水深的增加，海洋环境也更加复杂，会产生很大的环境载荷，对风机的正常使用和结构造成很大的威胁。因此，必须对风机的可靠性进行评估以确保风机能够正常工作。有鉴于此，本文以NREL-5MW半潜式浮式风机为例，通过对浮式风机的塔筒和系泊系统进行结构可靠性计算，求得相应的可靠性指标，实现对结构的安全评估。 本文首先对浮式风机的塔筒进行抗风可靠性计算。以Davenport谱为例，利用谐波叠加法分别对平均风速、脉动风速和风载荷分别进行仿真，得到相应变量的时程曲线；在此基础上，利用MATLAB编制的相应程序，通过对概率密度演化方程的求解，得到正常工作性能指标（塔筒顶端位移值）和抗弯能力（塔筒底部截面正应力）所服从的概率密度函数，通过给定的阈值，求出风机在最大作业状态和极限停机状态下的抗风动力可靠度。计算结果表明，在最大作业工况和极限停机工况下，塔筒的抗弯能力能够满足可靠性要求；在极限停机状态下，风机正常工作性能不能满足可靠性的要求，需要在设计时加以考虑。其次，针对半潜式浮式风机的系泊系统进行时域分析，结合 AQWA水动力软件，求得风机系泊系统在额定状态、最大作业状态和极限停机状态下的轴向张力时域曲线；在获得时域数据的基础上，利用极值原理，分别对系泊链载荷和破断强度建立概率分布模型，并通过MATLAB编制的程序，对数据进行拟合得到各概率模型的参数，确立其概率分布。最后，在确定其概率分布的情况下，分别利用一次二阶矩和蒙特卡洛法对单根系泊链和整个系泊系统的结构可靠性进行计算。结果表明，在极限停机工况下，单根系泊链的破断强度能够满足可靠性要求，但系泊链整体的可靠性指标低于目标值，处于不安全的状态。 |
| 作者： | 孙少恒 |
| 专业： | 船舶与海洋结构物设计制造 |
| 导师： | 罗勇 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 哈尔滨工程大学 |
| 学位年度： | 2016 |
| 正文语种： | 中文 |
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