近海风机基础结构选型优化与疲劳分析

海上风能是最具吸引力的可再生能源之一,过去的十年里在欧洲得到了广泛的应用,然而海上风机尤其是基础部分的经济性仍然是当前面临的挑战,大力发展比较经济的基础结构成为海上风电场研究开发的重要课题。 选择合理的基础结构型式是近海风电场基础结构优化设计的首要步骤。采用工程模糊集理论,考虑到多个影响因素具有模糊性的特点,本文提出了应用多目标模糊优化理论对基础结构型式进行优化选型与评价的方法。文中给出了该方法的原理、模型和应用步骤,并针对主观性较大的评价因素,引入非结构性模糊决策法和优先关系法,以确定其隶属度和权重。通过对某海上风电工程基础结构选型的应用,证明了此模型在选型方案中的可行性与优越性。 以结构总重量为目标函数,以强度、刚度、稳定性及几何约束为约束条件,利用ANSYS参数化设计语言(APDL),建立近海风机基础结构的三维有限元分析模型和多设计准则、多约束条件的优化设计模型,采用ANSYS软件中的优化设计模块,按照用料最少原则进行优化设计。 在优化设计的基础上,应用简化疲劳分析方法及谱分析方法对近海风机三桩基础结构进行疲劳分析并估算其寿命。计算结果表明,利用简化疲劳分析方法能够满足容许峰值热点应力的要求;在文中给定的设计波况下,平台的整体寿命约为53年。本文的研究方法和技术路线对海洋平台的结构设计和安全评估具有实际参考价值。