TMD对海上风电塔架减振效果研究

基于对TMD减振原理,针对海上风力发电塔架结构特点,将TMD减振技术应用于海上风力发电塔架中。在仿真计算时,将软件模拟的风机对塔架的作用力时程施加在塔架模型中,在考虑浪流荷载作用下研究了TMD对风力发电塔架的减振效果。结果表明TMD结构对塔架的振动能够起到良好的减振作用。     

防风网结构风振疲劳特性研究

针对某港实际工程．采用有限元方法对防风网结构在脉动风荷载作用下的动力响应进行分析,并根据瞬态动力分析的结果,找出防风网结构应力疲劳最危险的单元。结合疲劳分析的基本理论,应用雨流法统计最危险单元的应力时程,得到应力循环次数及应力幅大小,根据Miner线性累积损伤准则编写ANSYS的风振疲劳程序．计算得到防风网结构的疲劳寿命。根据实际工程,验证设计风速为26．8m／s持续作用下防风网结构的疲劳寿命。     

基于多维AR模型的近海风机振动特性

基于自然风特性,通过考虑结构结点间风速时程的空间相关性,采用多维AR模型模拟海上风机塔架脉动风荷载时程。在考虑桩-土-风机塔架系统相互作用的基础上,建立了三维有限元模型,分析了风机结构的固有频率及模态振型,对比研究了在不同方向风荷载作用下结构的位移、应力时程。结果表明:虽然不同入射风向对塔筒顶端的位移极值影响不大,但对局部位移和最大应力有显著的影响,结构应力的极值点出现在桩基与塔筒的连接段上。研究结果可为海上风机三桩基础布置、桩基承载力设计、结构强度设计、风机塔架的抗风提供参考。     

基于ANSYS的风机结构动力响应分析

本文采用Ansys软件对风机单桩基础结构动力特性进行分析。基于谐波合成法及流体力学方法推导出风机塔架上的风荷载时程,利用线性波理论结合Morison方程,得出近海风机塔架所受的波浪荷载时程。计算了在风,浪联合作用下近海风机塔架所受的最大荷载、法兰处位移及其动力响应,为风机塔架设计关键参数确定提供依据。     

漂浮式风电平台动态电缆疲劳寿命分析

针对南海某8 MW浮式风机所配套的35 kV三芯电缆进行疲劳寿命分析，通过理论公式对电缆截面的力学性能进行计算，对其在各疲劳工况下的动力响应进行数值仿真，采用雨流计数法将不规则应力时程响应转化为应力循环周期，并通过Goodman平均应力修正法进行修正，最后结合材料S-N曲线，应用Miner线性累积损伤理论对电缆进行疲劳寿命的分析与评估。分析结果表明该电缆疲劳损伤最大处位于上端出防弯器处，损伤最大结构为铠装钢丝，累计损伤满足服役寿命要求。     

冰区海上风机结构的冰激疲劳寿命分析

冰载荷是诱发冰区海上风机结构疲劳破坏的重要因素,通常采用加装抗冰锥体的方式将海冰的挤压破坏转化为弯曲破坏,从而减小峰值载荷并削弱冰激振动。针对锥体风机结构在冰载荷作用下的疲劳寿命开展分析。基于渤海辽东湾某海域的现场监测数据确定了有效冰期、冰厚、冰速等疲劳分析参数,在冰速0～100 cm/s、冰厚0～30 cm范围内均匀划分50种疲劳工况,并将二者的联合概率分布作为疲劳工况的发生概率;采用具有粘结-破碎功能的球体离散单元构造海冰模型,计算风机与平整冰相互作用时的冰载荷时程及对应的热点应力;采用雨流计数法提取热点应力时程中的有效循环次数,根据S-N曲线和Miner线性累积损伤准则进一步计算其冰激疲劳寿命;最后将计算结果与通过锥体结构随机冰力函数构造冰载荷时程而得到的疲劳寿命相比较,验证了基于海冰离散单元模型的冰载荷时程构造方法的安全性与可靠性。     

基于雨流修正的船舶宽带疲劳强度分析

船舶结构的交变应力过程呈现宽带谱特点,基于窄带近似的疲劳累积损伤计算结果偏于保守。本文采用频域谱分析直接计算方法,对基于"雨流修正"的宽带高斯应力过程疲劳损伤计算方法进行研究,并通过算例分析给出不同修正方法的船体结构疲劳损伤分析结果。将不同修正方法所得结果与雨流计数方法结果进行比较分析,结果表明Wirsching-Light方法与雨流计数方法结果较为接近。     

深水悬链锚泊线疲劳性能评估

以某座Spar平台的单根锚泊线为对象进行疲劳性能研究,采用钢链-钢索-钢链三段组成的悬链式锚泊线.基于非线性有限元方法计算锚泊线的动力响应.选取锚泊线上端钢链与上部结构、钢索与钢链的链接点,采用雨流计数法对其应力时程曲线计数得到各短期海况下的疲劳荷载谱.根据Miner线性累计损伤理论,分别得到三个危险链接点在长期海况下的疲劳损伤,对锚泊线的疲劳性能进行评估.     

基于剩余强度退化的FPSO系泊系统疲劳时变可靠性评估

针对FPSO系泊系统节点疲劳问题,形成一套较为完整的时变可靠性评估方法.通过对FPSO进行时域耦合分析获取构件应力时程,基于剩余强度退化、载荷-强度干涉理论建立时变可靠性评估模型,并引入一种新的海洋工程载荷概率分布评估方法,建立了多工况、风浪流联合作用下构件疲劳时变可靠性评估方法.并以内转塔式FPSO系泊系统为例,验证了该方法的实用性与可行性,为海洋工程结构的设计、测试和检修计划的制定提供依据.     

考虑腐蚀磨损的锚链疲劳损伤评估方法

由于风浪流联合作用和海洋平台的周期性往复运动,系泊锚链受到交变循环载荷作用易发生疲劳破坏,同时系泊锚链遭受严重的腐蚀和链间磨损作用,其强度逐渐减弱,因此提出一种系泊锚链全生命期考虑腐蚀和磨损的疲劳损伤评估方法.首先,根据实际海况完成系泊锚链全生命期的损伤演变计算;然后,使用各损伤模型采用热点应力法计算得到热点处应力集中系数;最后,根据张力时程曲线和链间转角时程曲线,采用雨流计数法完成疲劳损伤评估.计算结果表明,腐蚀和磨损导致锚链疲劳损伤程度逐渐加剧.提出的评估方法具有优良的实用价值和工程意义.     

南海2号半潜式钻井平台疲劳寿命分析

本文以南海2号半潜式钻井平台对角线斜撑与水平横撑连接处的K型节点为例进行疲劳寿命分析.首先,建立整体结构有限元模型,质量模型及水动力模型,采用三维势流理论和Morison公式计算出结构所承受地波浪载荷.然后,建立K型节点的有限元细化模型,计算出的热点应力集中系数,结合从整体有限元模型计算出的总体结构应力,得到热点应力传递函数.应用谱分析方法求出结构交变应力范围及相应地循环次数,最后根据Miner线性累积损伤规则进行节点的疲劳寿命评估.     

海上单桩风力发电平台简化设计

采用在欧洲已经进行商业化运作的独立桩双段结构，桩基础采用带有过渡段的单桩。塔架上的风力发电机采用丹麦Vestas公司的V80风力发电机。参考DNV-OS-J101和API-RP-2A中的工作应力设计法，进行结构静力、桩基础的承载力，涡激振动、疲劳寿命，结构动力学等分析。静力分析分析极端环境下的组合工况；桩基础主要计算桩的轴向承载力和校核水平承载力，并采用有限元模型模拟桩土相互作用；涡激振动分析主要考虑不同风速下塔架的升力以及引起的横向振动；疲劳分析根据涡激振动分析的结果利用S-N曲线对基础寿命进行了评估；动力学分析求出了结构的固有频率，并进行了波浪力作用下的瞬态历程分析。     

基于雨流计数法的船体结构疲劳损伤评估方法研究

针对船舶在运营期间船体结构易受到疲劳等损伤,介绍一种改进型三峰谷值雨流计数法,在此基础上对船体结构疲劳损伤评估方法进行探讨,以期为船舶船体结构应力监测系统的构建提供理论支撑,进而为船舶提供早期危险报警和损伤评估,保证船体结构的安全性.通过算例分析验证了该雨流计数法的准确性以及高效性.     

非粘接内波纹柔性管道多轴疲劳分析研究

针对无码头浮式传输系统中的非粘接内波纹柔性管道结构多轴疲劳问题，构建了随机载荷作用下的多轴疲劳分析方法，将管道水动力载荷与应力张量计算结果匹配叠加获得应力变化时程，基于临界平面法计算多轴疲劳寿命。以无码头浮式传输系统在某海域的应用为例，对比讨论了多轴与传统单轴疲劳分析方法，揭示多轴疲劳分析方法在解决非粘接内波纹柔性管道疲劳问题中的机理和优势。相比于传统单轴疲劳分析中不同载荷形式下的最大应力值叠加的基本假设，论文构建的多轴疲劳分析方法采用遍历疲劳热点区域所有单元节点的方式对其应力张量进行组合叠加，提高了最小疲劳寿命值及其环向位置计算的准确性，可为解决复杂海洋管道结构的多轴疲劳问题提供参考。     

破冰船结构冰致疲劳计算方法

针对破冰船冰致疲劳强度的问题,提出一种基于长时历计算的船冰碰撞模拟方法,通过船冰碰撞有限元模拟筛选出疲劳热点,运用雨流计数法对各个疲劳热点的应力时历曲线进行统计,得出应力循环下的均值和范围,进行平均应力修正,结合Miner线性累积损伤理论给出在设计寿命周期内的总损伤.结果表明:采用周期性介质分析方法计算到600s时破冰船应力时历统计特性已经稳定,且满足Weibull分布;船冰碰撞所造成的高应力结构多发生在船体外板区域,进行破冰船疲劳强度校核时应该多着重考虑船体结构与海冰发生碰撞的外板区域.     

焊接残余应力对疲劳寿命影响的定量研究

在以往的研究中,残余应力对疲劳寿命的影响基本上均局限于定性分析,很少给出定量的研究结果。文章基于双参数统一方法,开展了锥柱结合壳处的残余应力对疲劳寿命的定量计算分析,给出了残余应力对疲劳寿命影响范围,并通过试样疲劳试验进行了验证。通过研究,可以看出残余应力没有改变裂纹的扩展趋势,但明显加快了裂纹扩展的过程,明显降低了耐压结构的疲劳寿命。     

导管架式海上风机基础频域疲劳分析

海上风机基础长期受到环境载荷作用，其管节点、过渡段等薄弱部位易产生疲劳破坏，需进行疲劳强度校核。通过有限元软件建立结构模型，参考DNVGL-RP-C203划分结构有限元网格。由AQWA计算波浪载荷，Bladed计算风机气动载荷，使用APDL命令流快速加载、求解并读取结构应力。采用谱分析方法计算载荷单独作用下的结构应力谱，使用谱叠加原理计算风浪同时作用下的结构应力谱，采用Dirlik解析式计算疲劳寿命，完成疲劳校核，并给出优化建议。     

基于雨流计数法的锚泊线与海床接触疲劳分析

悬链锚泊线与海床的接触过程应力状况复杂多变,对锚链的疲劳强度有显著的影响。文章通过建立有限元模型分析锚泊线与海床的接触过程,将应力时程作为外加载荷,基于雨流计数法得到与不同刚度海床模型接触的疲劳载荷谱,求得锚泊线在波浪长期作用下的累积损伤。结果表明,锚泊线疲劳寿命与海床土刚度呈负相关关系;在相同的海床模型下,离锚泊点位置越近,越易发生疲劳损害。     

基于雨流计数法及Corten-Dolan准则的轴承疲劳寿命预测

船舶轴承是船舶推进系统中的重要支撑部件,其稳定可靠的工作状态是推进轴系健康服役的重要保障。由于轴承的破坏形式主要为材料疲劳磨损引发的故障失效,故开展船舶轴承的疲劳磨损状态研究就显得尤为重要。本文针对轴承结构疲劳损伤问题,通过MATLAB软件实现雨流计数法原理的计算机语言编写,研究了四点雨流计数法对船舶轴承危险节点的动态应力分析应用,并提取出对应的循环应力载荷谱。考虑平均应力的影响,运用Gerber曲线对统计得到的循环载荷进行等寿命转化。最终利用轴承材料S-N曲线,结合Corten Dolan准则进行疲劳寿命预测计算,得出船舶轴承在相应外部循环载荷作用下的最终寿命。为轴承的设计和优化提供了理论参考依据,对船舶轴系运行管理具有重要的现实意义。     

压弯应力下焊趾表面裂纹疲劳性能试验研究

潜艇耐压壳锥柱焊接过渡结构所受的应力特征为压弯组合应力，该处是潜艇耐压壳疲劳的热点区域。弄清楚压弯组合应力作用下成一定角度对接的焊接板结构试析的疲劳特性对潜艇等结构的疲劳研究是必要的。本文提出用焊接角度板轴向加载获得压弯组合应力来模拟潜艇结构耐压壳锥－柱焊接结合区的应力特征的实验方法。用980高强钢作试件，研究了焊趾处预制表面裂缝，并在压弯组合应力为特征的疲劳载荷作用下表面裂纹的疲劳行为。给出了高强钢焊趾表面裂纹在压弯组合应力下应力强度因子及其疲劳寿命计算式。该结果可供海洋平台、压力容器及管道的某些受力特征为压弯组合应力的重要结构的疲劳设计时参考。