海上风机支撑结构疲劳寿命分析方法的研究

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1、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，除文中已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，也不包含其他已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：盗皇丛塾壁丝垄．蕉复查佥盆缅苎．匿．．塑垫作者签名：．翌§垒日期：丝坚年—安月』一日大连理工大学硕士学位论文摘要海上风机支撑结构多由钢管焊接而成，在复杂的海洋环境荷载以及

2、上部风机荷载的联合作用下，结构连接处容易产生应力集中，极易发生疲劳破坏，结构连接处是基础结构设计的重点和难点；为保证海上风机在其设计寿命期内正常运作，有必要对海上风机支撑结构进行疲劳寿命分析。本文以某风电场海上风机三桩支撑结构为研究对象，选取疲劳分析关键区域，对该结构进行了详细的疲劳寿命分析，为类似海上风机支撑结构的疲劳寿命分析以及进一步的研究提供了借鉴和参考，本文主要工作如下：(1)论文首先介绍了疲劳寿命分析的基本理论与方法，包括线性、双线性、非线性累积损伤理论、概率Miner理论以及疲劳累积损伤动态统计模型理论，并对目前应用最为广泛且形式

3、较为简单的PalmgrenMiner线性累积损伤理论以及＆Ⅳ曲线进行了重点介绍与分析。(2、基于大型通用有限元分析软件ANSYS建立了海上风机三桩支撑结构的“桩土——支撑结构”整体有限元模型，并对疲劳寿命分析关键区域建立了局部精细化有限元模型；利用整体有限元模型计算的位移值作为局部精细化有限元模型的边界条件，该方法同时解决了壳单元无法直接考虑波流荷载以及管单元应力计算不准确的问题；(3)分析了有限元网格密度对热点应力的影响；对于撑杆需要划分与其轴线相平行的有限元网格，对于弦杆需划分垂直于焊缝的有限元网格；给出了海上风机三桩支撑结构疲劳计算关键

4、点的选取方法；(4)采用热点应力的疲劳寿命分析方法，参考挪威船级社海上风机基础设计规范中给出的§Ⅳ曲线，根据PalmgrenMiner线性累积损伤准则，分别分析了波浪荷载以及风机荷载对海上风机三桩支撑结构疲劳寿命的影响，并考虑了疲劳荷载作用方向以及平均应力对疲劳寿命的影响；(5)分析了海上风机三桩支撑结构在风、浪联合作用下，多种耦合方法(疲劳累积损伤值简单线性叠加方法、二次叠加方法、等效应力同相叠加以及等效应力异相叠加方法)对结构疲劳寿命的影响，并给出了推荐做法。关键词：海上风机；支撑结构：热点应力；疲劳；耦合分析海上风机支撑结卡勾疲劳寿命分

5、析方法研究AStudyonFatigueAnalysisMethodofSupportStructuresforOffshoreWindTurbinesAbstractGenerally，thesupportstructuresforoffshorewindturl：Iinesaremadeofweldedtubular．Underthecomplicatedmarineenvironmentalandwindturbinesloads，thestressconcentrationwilloftenoccuronthestructuraljo

6、int，anditwilleasilycausethestructuralfatiguedamage．Thus，thestructuraljointsayethekeystoneofstructuredesignforoffshorewindturbines．Inordertoensurethenormaloperationsofwindturbinesduringitsdesignfatiguelife，itisessentialtoanalyzethefatiguelifeforthesupportstructuresoftheoffsh

7、orewindturbines．Inthisstudy，wefocusonthethree—pilesupportstructureforoffshorewindturbinesinonewindfarm，thecriticalfatiguedamagezoneisselected，andthenthefatiguelifeofthisstructUtreiSdetailedanalyzed．Thestudyworkwillprovidethereferencesandexperiencesforresolvingthesimilarprob

8、lemsandthefurtherresearch．Theprimaryworksinthisstudyareasfollows：Firstly，thebasict