自升式双体风电安装船波浪运动及桩腿设计分析研究

【摘要】：随着雾霾等环境问题的日益加重,清洁能源的开发使用成为焦点。风能作为可再生的清洁能源,储量丰富,海上可开发利用的风能资源储量较陆地储量更加可观。海上风能资源的开发成为近年来的热点,而海上风电设备的运输以及安装需要风电安装船来完成。目前,海上风电安装船已经发展到第三代,配合整体吊装方式的双体风电安装船均采用系泊系统以及补偿系统来保证船舶位置稳定性。本文自主设计的双体风电安装船采用自升式桩腿以保证作业。船体上部庞大的风机架以及风机系统对于船舶波浪中运动性能要求高,桩腿桩靴作为整个船体支承,设计的安全性至关重要。本文就自主设计的服务近海风场的自升式双体风电安装船进行如下几个方面的研究：运用三维水动力软件HydroStar对本自升式双体风电安装船在升降工况以及拖航工况下船体的波浪运动进行数值计算,研究航速以及桩腿下降长度对于船体运动的影响。针对本风电安装船现有的设计资料,对桩腿进行详细的结构设计,分析桩腿所受载荷。对桩腿结构在正常工作工况、预压工况、插拔桩工况以及拖航工况下的受力进行有限元分析,保证所设计的桩腿的安全合理可靠性。对桩靴进行详细的设计,对桩靴结构在预压工况、偏心工况以及正常工作工况下进行有限元分析,保证所设计桩靴的安全合理可靠性。 【关键词】：自升式双体风电安装船 波浪运动 桩腿
【学位授予单位】：大连理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：U674.34
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-9
• 1 绪论9-18
• 1.1 研究背景9-12
• 1.2 研究现状综述12-17
• 1.2.1 风电安装船的工作状态12-13
• 1.2.2 桩腿结构型式13-15
• 1.2.3 波浪运动研究综述15-16
• 1.2.4 桩腿研究综述16-17
• 1.3 本文研究内容17-18
• 2 自升式双体风电安装船及理论基础18-28
• 2.1 自升式双体风电安装船18-20
• 2.1.1 主尺度18
• 2.1.2 型线18-19
• 2.1.3 总布置19-20
• 2.2 船舶波浪运动理论20-24
• 2.2.1 速度势以及定解条件21
• 2.2.2 流体作用力21-23
• 2.2.3 运动响应23-24
• 2.3 强度校核准则24-27
• 2.3.1 屈服强度校核准则24-25
• 2.3.2 屈曲强度校核准则25-27
• 2.4 本章小结27-28
• 3 风电安装船波浪运动28-47
• 3.1 HydroStar软件以及模块介绍28-30
• 3.2 计算模型30-32
• 3.3 升降工况32-38
• 3.3.1 工况说明33
• 3.3.2 计算结果及分析33-38
• 3.4 拖航工况38-43
• 3.4.1 工况说明39
• 3.4.2 计算结果及分析39-43
• 3.5 波浪扰动力43-46
• 3.6 本章小结46-47
• 4 桩腿设计及强度分析47-64
• 4.1 桩腿设计47-50
• 4.1.1 桩腿长度47-48
• 4.1.2 桩腿结构设计48-50
• 4.2 模型建立50-51
• 4.3 载荷计算51-56
• 4.3.1 重力载荷51
• 4.3.2 风载荷51-52
• 4.3.3 波浪载荷52-55
• 4.3.4 流载荷55
• 4.3.5 P-Δ效应55-56
• 4.4 强度分析56-63
• 4.4.1 正常工作工况56-58
• 4.4.2 预压工况58-59
• 4.4.3 插拔桩工况59-61
• 4.4.4 拖航工况61-63
• 4.5 本章小结63-64
• 5 桩靴设计及强度分析64-72
• 5.1 桩靴设计64-65
• 5.1.1 桩靴尺寸64
• 5.1.2 桩靴结构设计64-65
• 5.2 模型建立65-66
• 5.3 强度分析66-71
• 5.3.1 预压工况66-67
• 5.3.2 偏心工况67-70
• 5.3.3 正常工作工况70-71
• 5.4 本章小结71-72
• 结论72-73
• 参考文献73-75
• 附录A 自升式双体风电安装船型线及总布置图75-77
• 附录B 桩腿应力云图77-83
• 附录C 桩靴应力云图83-88
• 攻读硕士学位期间发表学术论文情况88-89
• 致谢89-90

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