海上风力机风波联合作用下的响应分析

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4、２０１５年５月３０日论文答辩日期：ＡＤｉｓｓｅｒｔａｔｉｏｎＳｕｂｍｉｔｅｄｔｏＧｕａｎｄｏｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｏｆｇｇｙＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙｆｏｒｔｈｅＤｅｇｒｅｅｏｆＭａｓｔｅｒ（ＭａｓｔｅｒｏｆＥｎｉｎｅｅｒｉｎ）ｇｇＤｙｎａｍｉｃａｌＲｅｓｐｏｎｓｅＮｕｍｅｒｉｃａｌＡｎａｌｙｓｉｓｏｆｔｈｅＯｆｆｓｈｏｒｅＷｉｎｄＴｕｒｂｉｎｅｕｎｄｅｒＣｏｍｂｉｎｅｄＡｃｔｉｏｎｏｆＷｉｎｄａｎｄＷａｖｅ（Ｔｈｅｄｉｓｓｅｒｔａｔ

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6、在波浪载荷和气动载荷联合作用下的动力响应分析一直是风力机技术研究领域重要的关注热点和研宄课题。随着风力机朝着更大更柔的方向发展以及海风和波浪的共同作用，海上风力机的性能及其稳定性成为国内外研宄者重点研宄的方向。本研宄是基于计算多体系统动力学建模方法，通过少量的自由、度来反映海上风力机柔性构件的非线性弹性变形，并结合波浪载荷模型气动载荷模型和高效的数值求解方法，建立了海上风力机系统的动力学模型，实现其系统的流固耦合分析。研宄分析的内容和结果具有重要的理论意义和应用价值。本文的研究对

7、象是美国可再生能源实验室的５ＭＷ水平轴风力机，分析其复杂的海上工作环境，将整机系统分为柔性体子系统和刚体子系统，并采用超级单元将整机离散成具有４８个刚体、７８个自由度的系统。基于计算多体系统动力学理论，采用混合多体系统的建模方法，推导出海上风力机系统的动力学方程。应用线性波理论模拟非规则波浪的运动，并计算水质点在不同水深位置的速度、加速度；应用Ｍ０Ｒ１Ｓ０Ｎ波浪力方程建立作用于塔架的波浪力，分析作用在圆筒形塔架上的波浪载荷。应用叶素理论，将叶片划分为多个叶素，并假设各个叶素之间的

8、受力相互独立，将三维模型简化为二维模型，从而可使用翼形气动特性进行叶素气动力的计算根据风速廓线法来研宄风速与高度的关系，并最终求得作；用在塔架上的气动力。实现了海上风力机系统在波浪载荷和气动载荷作用下的动力响应数值分析。本文对一台５ＭＷ海上风力机进行动力响应分析，仿真实验表明气动载荷和波浪载荷对海上风力机的结构设计和稳定性有着重要的影响。该研究为海上风力机系统的振动分析一、疲劳分析等提供了