浮式海上风电结构动力响应分析与疲劳损伤研究

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1、變才供雌考０（１ＡＮＵＭＶＩＲＳＩＩＹＯＦＣＨＩＮＡ硕±学位论文ＭＡＳＴＥＲＤＩＳＳＥＲＴＡＴＩＯＮ论文跑目：浮式海上风电结构动力响应分析与疲劳损伤硏究Ｄｙｎａｍｉｃ艮ｅｓｏｎｓｅａｎｄＦａｔｉｅＤａｍａｇｅＡｎａｌｙｓｉｓｆｂｒｐｇｐ英文陋目：ＦｌｏａｔｉｎｇＯｆｆｓｈｏｒｅＷｉｎｄ千ｕｒｂｉｎｅＳｔｒｕｃｔｕｒｅ刘振亚作者：李华军教授张敏勘教授指导教师：学位类别；全日制学术学位、专业名称：港口海岸及近海工程研究方向：巧洋工程结构的动力分析、设计及防灾技术研究＇－一混巧茲城去如＇．－￣

2、山一蛛約２０１５年５月Ｗ日谨从此文献给我的老师和同学们刘振亚浮式海上风电结构动力响应分析与疲劳损伤研究学位论文答辩日期；如坤占指导教师签字；＾答辩委员会成员签字：杞巧独创声明本人声明所呈交的学位论文是本人在导师指导下进行的研究工作及取得的研究成果，论文中不包含其。据我所知，除了文中特别加Ｗ标注和致谢的地方外他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含其他教育机构的学位或证书使用过的材料一。与我同工作的同志对本研究所做的任何贡献均己在论文中作了明确的说明并表示谢意。－学位论文作者签名；签字日期：內Ｋ年《月２日学位

3、论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留，、使用学位论文的规定并同意Ｗ下事项：１、学校有权保留并向国家有关部口或机构ｉ交论文的复印件和磁盘，允许论文被查阅和借阅。２、学校可Ｗ将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可Ｗ采用影印＂■、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。同时授权清华大学中＂国学术期刊（光盘版）电子杂志社用于出版和编入ＣＮＫＩ《中国知识资源总库》，授权中国科学技术信息研巧所将本学位论文收录到《中国学位论文全文数据库》。（保密的学位论文在解密后适用本授权书）学位论文作者签名：导师签字＾签字日期：：年如

4、ＩＳ年ｔ月Ｚ日签字日期皮（月之日浮式海上风电结构动力喃应分析与疲劳损伤硏究摘要风能是一种清洁、安全、永续的可再生能源。深海所蕴藏风能更加丰富和优质。但随着海域的加深，海洋环境也变得更加复杂与恶劣。同时结构长期受到疲劳载荷的循环作用，极易产生疲劳损伤。因此，研巧浮式海上风机（ＦＯＷＴ）在主要环境荷载作用下的动为特性与疲劳损伤对风机在服役期内的安全与使用有着非常重要的意义。＂＂本文选取美国可再生能源研巧所（ＮＲＥＬ）公布的５ＭＷｂａｓｅｌｉｎｅ风机模型为设计依据，选取典型的浮式海上风机进行研究。首先建立了结构有限元模型，然后基于空气动力学理论计

5、算风机运转荷载，并结合长期统计得到的南海环境条件资料，对海上浮式风机长期应力响应分布规律和累积疲劳损伤机理下的疲劳寿命进行研究，Ｗ期为我国深海风能资源开发工程中的浮式结构物设计提供理论依据和技术参考。本论文具体开展Ｗ下工作：（１）ｅｍ－选取Ｈ种较为典型的浮式海上风电结构（Ｓｉｓ化ｍｅｒｓｉｂｌｅ、Ｓｐａｒ、ＴＬＰ），在同等输入条件下，计算种结构的频域水动力特性、时域賴合动力响应Ｗ及系泊缆绳的张为，初步得到了：进行了结构对波高、风速的敏感性分析Ｈ种浮式海上风电结构运动响应随海洋环境的变化规律。（２）Ｗ美国ＮＲ化研发的用于验证海上浮式风力祸轮机的模型

6、０Ｃ４－ＣｗＤｅｅｐｉｎｄ半潜式浮式海上风机为母型结构，进行了详细的水动力响应分析与风，，、浪、流联合作用下整体结构的时域动力响应分析得到了不同结构参数如立柱间距、立柱直径、结构吃水及压水板对结构动力响应的影响，为结构的优化设计提供参考。（３）浮式海上风电结构属于典型的疲劳构件，极易产生疲劳损伤。为确保浮式海上风机在服役期内的安全运行，结构疲劳寿命的准确估计是非常重要的。本论文首先分别进行了风机运转荷载与波浪荷载单独作用下的结构疲劳损伤分析：然后分析计算风机运转荷载与波浪荷载共同作用下，结构疲劳损伤规律；将Ｉ该结果与荷载单独作用线性會加结果进行

7、比较，分析了荷载锅合效应对结构疲劳损伤的影响程度和规律，为准确评估浮式海上风电结构的疲劳寿命提供参考。关键词：浮式海上风机；水动力：时域锅合分析：疲劳损伤ＩＩＤｎａｍｉｃＲｅｓｏｎｓｅａｎｄＦａ村ｕｅＤａｍａｅＡｎａｌｙｓｉｓｆｏｒｙｐｇｇ＊ＦｌｏａｔｉｎｇＯｆｆｓｈｏｒｅＷｉｎｄＴｕｉｂｉｎｅＳｔｒｕｃ化ｒｅｓＡｂｓｔｒａｃｔ＊化Ｗｉｎｄｉｓａｒｅｎｅｗａｂｌｅｅｎｅｒｉｃｈｉｓｃｌｅａｎｓａｆｅａｎｄ