考虑外平台影响下海上风机单桩基础结构地震动力响应分析

随着海上风机单桩基础的广泛应用，分析单桩基础及其附属结构在地震荷载作用下的动力响应具有重要意义。为此，采用ABAQUS有限元分析软件建立了单桩-外平台整体结构模型，采用粘弹性边界法模拟地震荷载施加，分析了地震作用下整体结构的动力响应情况，并探究了外平台对单桩自振特性及响应的影响。研究结果表明：地震荷载作用下，单桩-外平台整体结构的应力最大值出现在工作平台和支撑杆连接处，水平位移最大值出现在顶部工作平台上，牛腿应力和位移相对较小；外平台对单桩的自振频率具有减缓增大的作用，可降低基频，且会小幅度增大单桩基础应力，对单桩基础的稳定工作不会产生较大影响。     

海上风电变径单桩基础动力响应分析

采用有限元分析软件ABAQUS建立了海上风电变径桩基础数值模型,开展了变径单桩基础非线性动力时程分析,并进行结构尺寸参数敏感性分析。数值分析结果表明:在风浪流荷载作用下,变径单桩基础的位移与应力值在允许范围内;底部桩径对结构整体动力响应影响最为明显,变径段上部长度影响具有一定边际效应,变径段长度影响较小。     

单桩基础海上风力机遭遇船舶撞击的动力响应分析

为研究单桩基础海上风力机遭遇船舶撞击的动力响应特性,建立基于国内某单桩柱式的3MW风力机与船舶碰撞模型,运用显式动力学理论并结合非线性有限元方法,通过LS-DYNA模拟5000t船舶以不同速度撞击风力机过的动力响应过程。结果表明:碰撞持续的时间和最大接触力随着速度的增加而增加;碰撞结束后,船舶回弹动能与初始动能之比随着速度的增加而减少,但结构变形能与初始动能之比随着速度的增加而增加;当船舶速度为2 m/s时,碰撞主要为塑性碰撞,撞深为0.675 m,塔顶风力机最大位移和加速度分别为2.3 m和29 m/s~2。     

三桩基础海上风力发电结构的模态分析

用ANSYS软件建立了考虑土-结构相互作用的海上风力发电结构有限元模型,进行模态分析得到了结构的固有频率和振型;通过与基础刚性假定的情况比较,结果表明土-结构相互作用对海上风力发电结构自振特性的影响比较显著.     

高桩承台在福建海上风机基础的应用

该文针对福建目前海上风电发展情况及工程海域特点,结合工程实例,以高桩承台基础方案为研究对象,通过承台不同底高程方案的波浪荷载、桩基础静力计算、整机动力模态计算、防撞设施布置和施工难易程度等对比分析,认为高桩承台基础方案可做为福建20 m水深以内海上风电场风机基础的推荐方案之一。     

随机风 浪荷载作用下近海风机塔架动力响应分析

近海风机在随机波浪荷载作用下的动力反应是近海风机结构设计中的关键问题之一。用谐波叠加法研究了随机风、浪荷载时程的模拟方法,并探讨了考虑波浪波面高程变化时的波浪力计算方法。分两种荷载工况,采用动力有限元法计算了海上风机在随机波浪荷载作用下的动力反应,探讨了波面高程变化对于海上风机动力响应计算的影响。计算结果表明,当不计波面高程变化时,波浪力在波峰位置被低估,在波谷位置被高估,波面高程变化对风机塔架动力响应计算结果将产生影响,在实际工程中应予以适当考虑。     

波浪荷载作用下桥墩码头动力响应分析

采用数学理论推导了规则波浪荷载与随机波浪荷载的计算表达式,并应用仿真数值模拟对波浪荷载作用下桥墩码头结构的动力响应进行了分析,研究了波浪的波高、周期、入射角、水深四个波浪参数对桥墩码头动力响应的影响。通过施加两种不同形式的极限波浪荷载,确定了桥墩主应力的分布规律以及危险区域。计算结果表明:波高和水深对桥墩码头的影响较大,但是波高的变化对桥墩的影响更为显著;周期对桥墩的影响有一定的局限性;入射角对桥墩码头影响最小;桥墩的最大主应力没有超过混凝土的抗拉设计强度,并富有一定的安全储备,桥墩是安全的。     

环境荷载联合作用下海上风电结构动力响应分析

为研究海上风电结构在复杂的海洋环境中承受环境荷载(风、波、冰、流)的联合作用时,结构产生的剧烈的动力响应问题。文章以三脚架基础海上风电结构为研究对象,采用ANSYS有限元软件建立其整体模型并进行荷载(风、波、流和风、冰、流)联合作用下的静力校核,通过对环境荷载联合作用下的三脚架基础海上风电结构进行瞬态分析,掌握其动力响应的特性及规律。结果表明:三脚架基础结构的一、二阶自振频率均为0.285Hz,在所选风机允许的频率范围内,可以保证整体结构不会与风机转动发生共振;风荷载在风、波、流荷载联合作用下主导控制结构响应的稳态波动,冰荷载在风、冰、流荷载联合作用下主导控制结构的稳态振动过程;塔筒顶端呈现的位移和加速度响应均远大于三脚架基础顶端;环境荷载联合作用下结构动力响应是环境荷载单独作用下动力响应叠加的结果。     

海上风电变径桩基础模态分析

依据江苏某海上风电项目,建立包含土体-变径桩基础-塔筒整体模型,利用附加质量法来模拟海水的影响,并在此基础上进行变径桩基础的模态敏感性分析。计算结果表明,风机基频与叶片3P频率错开度较小,会产生相应共振,且在深水区需考虑海水影响。敏感性分析方面,桩径与壁厚对结构基频为线性正影响,且前者影响更显著;埋深为非线性正影响,且存在一个临界埋深;变径段相对位置与长度对结构基频为负影响,两者影响程度类似,且变径段相对位置对基频的影响会在泥面处发生突变。     

波浪作用下海上风电联结变压器动力特性及响应分析

为研究海上风电联结变压器在波浪作用下的振动特性及疲劳安全性能,以某公司生产的联接变压器为依据建立仿真模型,采用线性波理论和Morison方程建立起波浪荷载的加速度时程,对模型进行了动力时程分析。结合雨流计数法,采用S-N曲线和Miner线性累积损伤理论与分析方法对应力薄弱部位进行了疲劳分析。结果表明,在波浪荷载下结构的应力主要集中在升高座与油箱的连接部位,外伸结构如联管的位移较明显,结构在设计寿命期不会疲劳破坏。     

近海风力发电机桩基础的动力学分析

针对近海风电桩基础的动力学问题,结合实际工程,采用数值软件对独桩基础、导管架基础和高桩墩台基础进行模态和时程分析,得到3种基础的振型图、固有频率、周期及其位移响应曲线.通过分析可知,经过1个周期后3种基础进入稳态振动;同时发现高桩墩台基础的动力放大系数高于独桩基础和导管架基础,但是放大后的位移仍小于后两者,约为它们的一半,因此从风电基础对变形要求的角度考虑,高桩墩台是最理想的近海风电基础.     

近海风机基础-塔架结构体系振动监测与动力响应分析

我国东部近海区域目前建设的风电场基本均采用桩基结构,桩基一塔架结构体系是典型的细长高耸结构,在复杂海洋环境载荷作用下具有明显的动力性质、随机性质和非线性性质。本文结合江苏响水近海试验风机长期的桩基础一塔架结构体系振动监测数据,分析了结构体系振动与风、浪等环境荷载的相关性,结果表明：振动加速度与风速均方差存在明显的相关关系,塔架顶部的振动加速度随均方差的增大而增加;建立模型进行了动力有限元计算分析,计算结果较好反映了响水近海试验风机不同工况的动力响应。研究成果具有一定的工程应用价值,可为海上风机基础设计提供参考。     

基于桩筒复合基础海上风机振动特性分析

海上风机所处环境复杂,在风、波浪等随机动载作用下易发生共振破坏。为研究采用桩筒复合基础海上风机的振动特性,选择合理的基础设计参数,利用有限元软件ABAQUS进行海上风机整体建模,采用Block Lanczos方法进行模态分析,同时将所得自振频率与外荷载频率进行对比研究,并分析不同基础形式与不同基础约束条件下的风机整体振动特性。研究发现:前2阶水平弯曲频率与第3阶扭转频率为判断风机整体共振的主要频率;与单桩基础相比,桩筒复合基础能够有效增加风机抵抗水平荷载的能力,且在该设计参数条件下风机能够避免共振的发生;在基础设计时,应考虑桩土相互作用(PSI)的影响。     

海上风电桩基局部冲刷试验研究

风电桩基既承担风机自身荷载,又受到叶片转动的侧向压力,桩基稳定性至关重要。海上风电桩基不仅受潮汐双向水流和波浪共同作用的影响,而且桩基尺度介于通常的桥墩和码头桩基之间,局部冲刷具有一定特殊性。通过建立1∶60的正态模型,研究了洋口海域海上风电桩基在波浪、潮流及波流共同作用下的局部冲刷。结果表明:潮流是控制该海域桩基局部冲刷的主导因素;往复流作用下的冲刷坑形态呈椭圆形,最大冲刷深度约为恒定流的80%;当波流共同作用时,由于桩前波浪振荡水流的作用,泥沙较水流作用时更易起动,局部冲刷显著增强,最大冲刷深度为潮流和恒定流作用下的2.0与1.7倍;韩海骞公式计算值按照系数0.75折算后与波流作用下的桩基冲刷深度试验值较为吻合。根据试验结果,建议对桩基周边局部冲刷坑进行抛石防护,确保海上风机的安全稳定。     

黏土地基近海风机桶形基础累积变形研究

基于黏土循环累积变形的半经验公式,将土体循环累积变形等效为蠕变,形成了近海风机桶形基础累积变形的有限元计算方法。在长期实测响水近海海域风、浪数据的基础上,以已建2 MW风机参数进行分析,得到了不同循环作用次数下桶形基础中心沉降量、不均匀沉降量和倾斜率。计算结果表明,风机运行期内桶形基础变形可满足风机运行要求。     

近海风电筒型基础风机结构地震 动力响应分析

为研究近海风电筒型基础风机结构的地震动力响应,基于ABAQUS软件的UMAT平台嵌入了能够反映土体非线性与滞后性的等效线性动本构模型,考虑土—结构相互作用（soil-structure interaction, SSI）,针对国内某近海风力发电系统构建“桨叶—塔架—筒型基础—土体”的有限元—无限元耦合分析模型,在静力分析的基础上采用时域分析法对其进行动力响应分析。研究表明,SSI效应会降低结构的自振频率;在地震动作用下,该风机高塔结构水平向加速度响应在塔架2/3高度附近处最大,竖向加速度响应则沿塔架高程一直增大,且其放大效应强于水平向。     

Wind-wave induced dynamic response analysis for motions and mooring loads of a spar-type offshore floating wind turbine

Due to the energy crisis and the environmental issues like pollution and global warming, the exploration for renewable and clean energies becomes crucial. The offshore floating wind turbines（OFWTs） draw a great deal of attention recently as a means to exploit the steadier and stronger wind resources available in deep water seas. This paper studies the hydrodynamic characteristics of a spar-type wind turbine known as the OC3-Hywind concept and the dynamic responses of the turbine. Response characteristics of motions and mooring loads of the system under different sea states are evaluated and the effects of the loads induced by the wind and the wave on the system are discussed. The calculations are carried out with the numerical simulation code FAST in the time domain and the frequency analysis is made by using the FFT method. The results and the conclusions from this paper might help better understand the behavior characteristics of the floating wind turbine system under actual ocean environments and provide valuable data in design and engineering practice.     

风力发电机无张力灌注桩基础数值分析

无张力灌注桩基础是一种新型的风机基础型式,特别适用于湿陷性黄土的地质条件,相对于传统基础,优化了结构型式、降低了造价。结合红寺堡风电场风机基础设计,通过有限元分析的方法,建立无张力灌注桩风机基础的有限元分析模型,对极端工况下基础的应力、位移、地基应力与沉降等进行了计算分析,为完善风机基础结构设计提供了依据,可供同类地质条件下风机基础结构的优化设计参考借鉴。