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自升式风电安装船结构强度分析与优化
| 论文题名： | 自升式风电安装船结构强度分析与优化 |
| 关键词： | 自升式风电安装船;结构强度;非线性分析;优化设计 |
| 摘要： | 能源和环境问题严重制约中国经济持续力，发展以海上风电为代表的可再生能源是有效解决途径之一。自升式风电安装船（简称自升式风装船）作为最新一代建设近海风电场专用工程装备，其作业环境恶劣，承受风、浪、流和海底土等海洋环境的长期相互作用，对结构强度的要求特别高。本文以“SEA INSTALLER”号超大型自升式风装船为研究原型，开展自升式风装船结构强度分析和优化，分析恶劣载荷环境对自升式风装船结构强度的影响规律，并对其关键参数进行了优化设计，为自升式风装船设计和建造提供依据。本文主要研究内容和结论如下: (1)建立了自升式风装船整体分析模型及其升降系统精细非线性分析模型。通过P-y曲线将桩-土的相互作用引入整体分析模型中，使得整体分析模型的受力情况与自升式风装船在海洋中作业的实际情况基本相符。结合MPC技术和接触算法建立了包含多个组件的局部结构精细非线性分析模型，实现了非主要研究组件简化建模、将波流载荷引入到计算模型的目的。 (2)基于自升式风装船整体分析模型，开展了其整体结构强度多因素正交试验分析。选取入泥深度、作业水深、空气间隙、风向角度和横向长度五个因素为主要考察对象，评价指标为硬质土和软质土两种条件下的结构最大等效应力和最大综合位移。结果表明作业水深是主要因素，作业风向角为较重要因素。通过正交试验优化五个因素的取值并与现有参数对比发现，参数优化后，自升式风装船关键考察点的位移随时间变化幅度、结构弱点的应力时程变化幅值都得到较大的改善。 (3)基于升降系统精细非线性分析模型，开展了强度非线性分析。选取两种桩腿典型结构，构建五种升降系统分析类型，针对升降合力作用线的偏移距离和固桩高度两个设计参数，研究其对结构强度的影响并进行参数优化，对比校核优化前后在不同升降系统类型、不同工况下的静载应力和组合应力。分析结果表明在一定的范围内，升降合力作用线越偏向于圆心、固桩高度越高，升降系统主体部分（桩腿和插销）的静载强度越好。当主要考虑最大应力的影响时，对孔交叉型桩腿的强度安全系数较螺旋线型桩腿高。 |
| 作者： | 欧阳占欢 |
| 专业： | 机械制造及其自动化 |
| 导师： | 张永康 |
| 授予学位： | 硕士 |
| 授予学位单位： | 江苏大学 |
| 学位年度： | 2014 |
| 正文语种： | 中文 |
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