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目前對(duì)于浮式風(fēng)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)和強(qiáng)度分析等方面做的研究還較少。一部分學(xué)者設(shè)計(jì)了一種多柱TLP式SMW風(fēng)電浮式基礎(chǔ)，進(jìn)行了水動(dòng)力載荷計(jì)算及運(yùn)動(dòng)分析。還有一些學(xué)者采用SESAM軟件計(jì)算了三浮桶式海上風(fēng)電浮式基礎(chǔ)，得到了波浪載荷與運(yùn)動(dòng)響應(yīng)。另外設(shè)計(jì)了垂直軸發(fā)電機(jī)的浮式基礎(chǔ)。
Dominique等人參考SMW風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)Wind Float浮式基礎(chǔ)，采用勢(shì)流理論計(jì)算水動(dòng)力性能，用于校核結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。學(xué)者設(shè)計(jì)了東海大橋風(fēng)電場(chǎng)的單樁基礎(chǔ)和三腳架基礎(chǔ)，分析了兩種基礎(chǔ)的承載力。以下強(qiáng)度分析以SMW風(fēng)機(jī)為例，探討了海上風(fēng)電浮式基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、模型建立及整體強(qiáng)度計(jì)算方法，并進(jìn)行實(shí)例計(jì)算分析。
設(shè)計(jì)的半潛型浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)由帶壓水板的三立柱半潛型平臺(tái)和對(duì)稱式系泊系統(tǒng)組成，風(fēng)機(jī)塔柱延伸到甲板下，依照DNV規(guī)范中柱穩(wěn)式平臺(tái)規(guī)定和方法進(jìn)行立柱的設(shè)計(jì)，外部圓柱殼體由均勻間隔的環(huán)形梁與垂直布置的加強(qiáng)筋予以加強(qiáng)。立柱底部壓水板由鋼板和骨材構(gòu)成。壓水板板厚和骨材尺寸參考海洋平臺(tái)規(guī)范設(shè)計(jì)。浮式基礎(chǔ)骨材布置如圖所示，參考坐標(biāo)系的選取如圖所示，坐標(biāo)原點(diǎn)0位于海平面等邊三角形的中心，x，y軸的正向，z軸正向垂直水面向上，且與塔架中心軸重合。浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)材料選用高強(qiáng)度鋼，屈服極限為355MPa。浮式基礎(chǔ)的主要技術(shù)參數(shù)列表，浮式風(fēng)力機(jī)系統(tǒng)的主要參數(shù)如表所示。
風(fēng)機(jī)系統(tǒng)的整體選取三個(gè)節(jié)點(diǎn)，在這些節(jié)點(diǎn)上施加約束，排除剛體位移f。節(jié)點(diǎn)位置取在浮式基礎(chǔ)壓水板的下表面，在節(jié)點(diǎn)1處，UX=UY=UZ=0，在節(jié)點(diǎn)2處，UZ=0，在節(jié)點(diǎn)3處，UY=0。
風(fēng)電浮式基礎(chǔ)承受的載荷主要有工作載荷與環(huán)境載荷。1)工作載荷工作載荷包括基礎(chǔ)自身的重力載荷和可變載荷，由軟件計(jì)算并自動(dòng)施加到結(jié)構(gòu)上。2)環(huán)境載荷①風(fēng)載荷風(fēng)載荷F和風(fēng)傾力矩M按照《海上移動(dòng)平臺(tái)入級(jí)與建造規(guī)范》計(jì)算。極限海況時(shí)風(fēng)葉停轉(zhuǎn)，風(fēng)載荷的計(jì)算公式，F(xiàn)為極限風(fēng)載荷，單位N，M為極限風(fēng)傾力矩，單位Nm，CDi為風(fēng)輪的風(fēng)阻力系數(shù)，CDz為塔架的風(fēng)阻力系數(shù)，P為空氣密度，單位kg/m3，Vmax為極限風(fēng)速，單位m/s，A為風(fēng)輪的迎風(fēng)面積，單位m2，H為輪毅高度，單位m，fh為高度h處的塔架截面直徑，單位m。②空氣動(dòng)力載荷風(fēng)機(jī)在運(yùn)轉(zhuǎn)時(shí)的空氣動(dòng)力載荷根據(jù)葉素理論的變螺距槳載荷計(jì)算方法計(jì)算，計(jì)算得到不同輪毅處風(fēng)速的風(fēng)推力如圖所示。③波浪載荷及海流載荷水下斜撐和水平撐等小尺度構(gòu)件根據(jù)莫里森公式計(jì)算。對(duì)于立柱和壓水板，應(yīng)用勢(shì)流理論并考慮波浪的繞射，計(jì)算波浪載荷。
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