三桩基础海上风力发电结构的自振特性分析.pdf

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1、大硿大李颀士莩位坨文三桩基础海上风力发电结构的自振特性分析水利水电工程学科专业作者姓名李益指异教师马震岳教授张宏战讲师答辩曰期年月日硕士学位论文三桩基础海上风力发电结构的自振特性分析作者姓名李益学科、专业水利水电工程学号指导教师马震岳教授张宏战讲师完成日期年月大殍工大孝大连理工大学学位论文独创性声明作者郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下进行研究工作所取得的成果。尽我所知，除文中巳经注明引用内容和致谢的地方外本论文不包含其他个人或集体已经发表的研究成果，也不包含其他巳申请学位或其他用途使用过的成果。与我一同工作的同志对本研究所做的贡献均已在

2、论文中做了明确的说明并表示了谢意。若有不实之处，本人愿意承担相关法律责任。学位论文题目：三桩基础海上风力发电结构的自振特性分析作者签名日期：年月？大连理工大学硕士学位论文摘要与陆上风力发电结构相比，海上风力发电结构的叶片直径更大、塔筒更高，相应的柔性也显著增加；海上风力发电结构的基础结构更复杂，并且海床多为软土地基，承载力低；海上风力发电结构除了风荷载的作用外，还有波浪、海流和海冰等海洋环境荷载的影响，引起结构振动的振源增加。这就给海上风力发电结构抗振性能提出了更高的要求。海上风电结构通常采用刚柔性基础，即结构体系的振动基频受到严格限制，须介于风机转速

3、（和倍转速（之间，此外结构的低阶振型对应的自振频率还需与波浪、海流和海冰等海洋环境荷载的主频保持足够的错幵度。因此，通过对海上风力发电整体结构的自振特性的研宄，了解和掌握海上风力发电整体结构的自振频率和固有振型，以避免结构发生共振，确保海上风力发电整体结构的正常运行，将是一项非常有意义的研宂。本文运用有限元软件对大型海上风力发电整体结构进行了数值模拟，分析研宄了海上风力发电整体结构的自振特性，以及会影响海上风力发电整体结构的自振特性的一些因素。首先，用软件建立了三桩基础的海上风力发电结构的五种有限元模型：基础模型、“基础一塔筒”模型、“叶片一轮毂一机舱

4、”模型、“叶片一轮毂一机舱一塔筒”模型和“基础一塔筒一机舱一轮毂一叶片”整体模型。然后对这五种模型模态分析的结果进行了分析比较，结果表明对海上风力发电结构进行有限元建模时，结构不能过分简化，海上风力发电整体结构的低阶振型主要表现在塔筒和叶片上。其次，介绍了法的基本原理和曲线的计算方法，运用法研宄了土与结构相互作用对三桩基础的海上风力发电结构的动力特性的影响，利用曲线研究了土体的力学性能发生变化时，对海上风力发电整体结构的自振特性的影响。结果表明，考虑土与结构相互作用会一定程度地降低结构的自振频率，土体的力学性质发生变化对海上风力发电结构桩基的局部振动影

5、响很大。然后，本文分析了冬季海上风力发电整体结构在叶片结冰的情况下的自振特性。叶片结冰有两种形式：雨凇和雾凇，阐述了它们的形成机理和各自的特性。将叶片结冰的情况分为三种工况来分析，并与没有结冰时的工况进行对比分析。结果表明，叶片结冰会降低海上风力发电整体结构的自振频率。最后，介绍了共振的理论，结合某工程实例，对三桩基础的海上风力发电整体结构的振源进行了分析，并做了海上风力发电整体结构的共振复核。结果表明各种振源不会引起海上风力发电整体结构的共振。关键词：海上风电；三桩基础；土与结构相互作用；叶片结冰；自振特性分析三桩基础海上风力发电结构的自振特性分析，

6、】，大迕理工大学硕士学位论文’：；；；；三桩基础海上风力发电结构的自振特性分析目录職课题的背景国内外海上风电发展状况国内海上风电发展状况国外海上风电发展状况国内外风力发电结构动力特性的研究现状本文的主要研究内容各部分结构以及整体结构的自振特性分析模态分析的理论模态分析的基本原理模态分析在中的运用海上风力发电结构的常用基础形式海上风力发电结构的有限元模型基础模型“基础一塔筒”模型“叶片一轮毂一机舱”模型“叶片一轮毂一机舱一塔筒”模型整体模型计算结果分析本章小结地基土体的影响弓法基本原理曲线的计算方法粘土中的广兮曲线砂土中的曲线地勘资料土与结构相互作用的影

7、响计算方案计算结果分析大连理工大学硕士学位论文土体性质变化的影响计算方案计算结果分析本章小结叶片结冰的影响弓风机叶片结冰的类型雨凇计算方案计算结果分析本章小结共振复核共振理论振源分析叶片的旋转频率波浪频率涡泄频率冰荷载频率共振复核的结果分析本章小结结论与展望顧参献攻读硕士学位期间发表学术论文情况大连理工大学学位论文版权使用授权书大连理工大学硕士学位论文绪论课题的背景电力对于现代社会的生存与发展是至关重要的。而就现在全球的情况来看，一方面，在过去的一个多世纪，过度依靠化石燃料的火力发电，己经造成能源结构的不合理，对生态环境造成了严重的污染；另一方面，传统

8、的化石能源即将枯竭，世界各国都已在积极寻求新型的替代能源，并在未来能源系统中逐步建立以风能、太