海上风电基础结构优化设计

【摘要】：风能是一种清洁的可再生能源,随着风电技术的快速发展,开发丰富、高效的海上风资源已成为未来风电发展的必然趋势。为了适应海上风资源开发的需要,本文设计了一种经济、安全、可靠的海上风电基础结构,该结构借鉴导管架结构的优点,将导管架和风机结构进行了融合,有效降低了结构重量并减小了结构上的波流载荷,提高了结构强度和环境承载力,为海上风资源的开发提供了一种新的结构型式。 在结构设计的基础上,本文研究了结构优化设计的理论与方法,并根据规范给出了强度、刚度等要求在ANSYS优化中的合理描述形式,建立了复杂环境下多约束条件的优化设计模型。在优化设计过程中,针对形状变量和尺寸变量的耦合困难问题,采取了分层优化的方法。通过优化设计,得到了一系列适应不同水深条件的、经济且安全可靠的导管架式海上风电基础结构。 在优化设计的同时,本文根据优化设计的结果分析比较了不同因素对结构性能的影响并总结了规律,为海上风电基础结构的设计和建造提供了可靠的参考依据。 综上表明,本文所设计的结构安全可靠且有理想的经济性,优化设计的模型和方法简单实用,优化结果的分析全面、深刻,为海上风资源的开发提供了一种新的模式。 【关键词】：海上风电 导管架 优化设计 ANSYS
【学位授予单位】：天津大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-8
• 第一章 绪论8-18
• 1.1 选题背景及研究意义8-11
• 1.1.1 海上风电基础结构的型式与构造9
• 1.1.2 导管架式风电基础结构的先进性9-11
• 1.1.3 导管架式风电基础结构优化设计11
• 1.2 海上风电发展概述11-13
• 1.2.1 海上风电研究现状11-12
• 1.2.2 海上风电发展前景12-13
• 1.3 结构优化设计发展概述13-16
• 1.3.1 结构优化设计算法的发展以及比较13-15
• 1.3.2 结构优化设计在海洋工程中的应用15-16
• 1.4 本文研究内容16-18
• 第二章 结构优化设计理论及ANSYS 优化方法18-31
• 2.1 结构优化设计概述18-20
• 2.1.1 结构优化设计的概念18-19
• 2.1.2 结构优化设计的类型19-20
• 2.1.3 结构优化设计的意义20
• 2.2 结构优化设计的数学模型20-22
• 2.2.1 优化设计基本术语20-21
• 2.2.2 优化设计数学模型21-22
• 2.3 ANSYS 优化设计原理22-27
• 2.3.1 ANSYS 优化方法22-26
• 2.3.2 ANSYS 优化工具26-27
• 2.4 参数化建模及基于APDL 语言的优化设计27-31
• 2.4.1 参数化建模27-28
• 2.4.2 优化设计基本要素28-29
• 2.4.3 优化设计基本过程29-31
• 第三章 导管架式基础结构设计及有限元模型31-46
• 3.1 导管架式基础结构设计31-36
• 3.1.1 设计理念31-33
• 3.1.2 基础结构设计及说明33-36
• 3.2 有限元分析方法36-41
• 3.2.1 有限元法基本原理36-37
• 3.2.2 ANSYS 软件简介37-38
• 3.2.3 ANSYS 单元特性38-41
• 3.3 有限元模型的抽象和简化41-46
• 3.3.1 抽象和简化方法42-43
• 3.3.2 ANSYS 有限元模型43-46
• 第四章 导管架式海上风电基础结构静力分析46-62
• 4.1 环境条件以及载荷计算46-50
• 4.1.1 环境载荷46-49
• 4.1.2 工作载荷49
• 4.1.3 工程地质49-50
• 4.2 载荷组合以及计算工况50-52
• 4.2.1 载荷组合原则50
• 4.2.2 计算工况50-52
• 4.3 校核规范52-56
• 4.3.1 许用应力52-53
• 4.3.2 构件的强度53
• 4.3.3 构件的稳定性53-54
• 4.3.4 变截面规定54-56
• 4.4 桩基校核56-62
• 4.4.1 一般规定56
• 4.4.2 桩的横向承载力56-59
• 4.4.3 桩的轴向承载力59-61
• 4.4.4 局部稳定性校核61-62
• 第五章 导管架式海上风电基础结构的优化设计62-83
• 5.1 导管架式海上风电基础结构优化模型62-67
• 5.1.1 优化模型62-63
• 5.1.2 优化变量63-65
• 5.1.3 约束条件65-66
• 5.1.4 目标函数66-67
• 5.2 桩基承载力影响因素的探究67-68
• 5.2.1 桩的轴向承载力影响因素67-68
• 5.2.2 桩的水平承载力影响因素68
• 5.3 三桩导管架基础优化设计68-75
• 5.3.1 优化过程68-69
• 5.3.2 优化结果分析69-75
• 5.4 四桩导管架基础优化设计75-81
• 5.4.1 优化过程75
• 5.4.2 优化结果分析75-81
• 5.5 最优设计汇总和分析81-83
• 第六章 结论83-84
• 参考文献84-87
• 发表论文和参加科研情况说明87-88
• 致谢88

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