海上风力机单桩基础结构动力作用下的时程分析详解.doc

海上风力机单桩基础结构在动力作用下的时程分析 摘要：风能作为一种清洁永续的可再生能源，成为人类使用的重要能源之一 关键词：海上风力机；；分析bstract Wind energy is a renewable resource of clean and sustainable, it has become one of the important energy resource for human. The offshore wind energy in China is rich, and the development of wind power is one of the sustainable development strategy in China. So, there is great significance in the study of offshore wind power. In this paper，the institution of the finite element model of offshore wind turbine single-pile foundation, and the analysis of mechanical properties and structural response in dynamic load, it used the ABAQUS finite element analysis software. The dynamic respond of offshore wind turbine single-pile foundation under the coupled dynamic load was studied by the time-history analysis method, so we can reach the corresponding displacement schedule and stress schedule. The results show that, in the dynamic load, the largest stress of the structure is less than the material yield stress. In this case, the structure is in the elastic state, and it is full of the safe reserve. Keywords: offshore wind turbine; single-pile foundation; time-history analysis method；ABAQUS 1 引言 海上风力机结构处于复杂的海洋环境中，受到众多海洋环境荷载的作用，诸如波浪荷载、冰荷载、风荷载等都是海上结构物典型的设计荷载随时间变化的动载荷海上风力机结构作用，只有当动荷载随时间变化缓慢而引起的惯性力可以忽略不计时，才可按静力问题分析例如，水，结构高度较，刚性较大，自振频率较高(远大于波浪荷载的频率)的，在波浪荷载作用下的，按静力问题分析，因为动、静分析结果相差不大当结构位于深水，，柔性较大，其自振频率可能同载荷频率相接近时，即使动荷载不大，也有可能产生相当大的动位移和动应力致使结构破坏或产生不容许的变形，影响正常工作。在此情况下，必须基于静力分析而设计的海上风力机结构作进一步的动力分析，校核结构的强度和变形。 本以海上风机结构为对象，针对海洋环境的特殊性，研究了作用下海上风力机的动力响应。环境荷载强度(波浪荷载、冰荷载、风荷载)、土条件、结构周期等特点，对风机结构响应进行了大量的参数分析。 时程分析法是一种直接基于结构动力方程的数值方法，与反应谱法相比，时程法具有更广泛的适用性，也适用于求解结构非线性问题。目前，大多数国家对重要的、复杂的结构分析都建议采用时程分析法。现行规范也建议对某些特殊结构用时程法用作反应谱法的补充分析。 结构动力学问题有限元法是将一个连续体的振动问题离散为一个以有限个节点位移为广义坐标的多自由度系统的振动问题。其基本原理类似于静力学的有限元法，但区别在于应用振动理论建立动力学方程时，在单元分析中需要形成刚度矩阵，还需要形成质量矩阵 [。 动力时程分析从选定适当的出发，采用结构的有限元动力计算模型建立地方程，然后采用数值方法对方程进行求解，计算结构在过程中的每一时刻的位移、速度和加速度响应，从而可以分析出结构在作用下的弹性阶段的内力变化及构件逐步损坏的过程。 在加速度为的运动作用下，结构的动力平衡微分方程为 （1） 式中：——质量