海上风力发电机组运输船全船有限元分析(2)

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第 1 章绪论.....V

1.1 课题背景..V

1.2 国内外研究现状VI

1.2.1 有限元计算方法VI

1.2.2 全船有限元计算研究现状....VIII

1.3 课题研究的意义IX

1.4 本文的主要研究内容...XI

第 2 章全船有限元直接计算方法...XII

2.1 概述.XII

2.2 全船有限元建模方法XIII

2.2.1 模型范围和计算坐标系...XIII

2.2.2 模型的单元类型选择.XIII

2.2.3 全船有限元网格划分原则....XIV

2.3 波浪诱导载荷预报XV

2.3.1波浪载荷直接计算.XV

2.3.2 水动力计算模型..XVII

2.3.3 等效设计波...XVIII

2.3.4 船体运动和波浪载荷预报..... XX

2.3.5 波浪载荷预报流程XX

第 3 章海上风力发电机组运输船船波浪诱导载荷预报XXII

3.1 海上风力发电组运输船基本资料..XXII

3.1.1 海上风力发电机组运输船主要要素....XXII

3.1.2 材料.....XXII

3.1.3 结构形式..XXII

3.2 计算工况的选取..... XXIV

3.3波浪诱导载荷预报模型XXIV

3.3.1湿表面模型... XXIV

3.3.2 质量模型..XXV

3.4 波浪载荷预报.....XXVI

3.4.1 传递函数计算....XXVI

3.4.2 波浪诱导载荷长期预报.....XXIX

3.4.4 波浪载荷和运动加速度预报XXXIII

3.5 本章小结.... XXXV

第 4 章海上风力发电机组运输船全船有限元分析.XXXVI

4.1 全船有限元分析模型XXXVI

4.1.1 全船有限元结构模型 XXXVI

4.1.2 波浪载荷映射.XXXIX

4.2 计算结果分析..XLI

4.2.1 应力衡准....XLI

4.2.2全船变形和相当应力分析.....XLIII

4.3 本章小结....XLVIII

第 5 章总结与展望.XLIX

5.1 本文总结.XLIX

5.2 研究展望.XLIX

致谢.... 46

参考文献.....XLVII
第 1章绪论1.1课题背景清洁能源对调整能源结构甚至整个经济结构至关重要，发展清洁能源已经是大势所趋。海上风能作为一种绿色低碳无污染且储能巨大的能源，其未来的发展意义巨大。中国、美国及欧盟等主要的经济体正在推动能结构转型，保障气候安全，打造新的经济增长点。20世纪 80年代，由于石油危机加速的风能的产业化，欧美国家的海上风力发电起步较快，尤其是英国、德国和丹麦发展最为迅速，起主要推动作用的是这些国家较为先进的风电安装船，且数量规模较大，代表的有六桩腿的带绕桩吊的安装船，这种类型的船舶投入应用可以满足远离海岸线的作业要求。相比之下，中国的海上风电产业起步较晚，而且工作区域集中在近海，主要投入应用的是传统的浮吊船，但是这种类型的吊装船效率和安全性相对低。就海上风电业务的发展前景看，发展海上风电项目将为相关船舶带来巨大的市场空间，缓解目前低迷的船市压力。未来的几年，海上风电安装船严重不足，这就给了目前低迷的船舶行业缓解压力的机遇，建造更多数量的风电安装船（包括风电机运输船）响应了国家对于大力发展绿色清洁能源的号召。从我国目前的情况来看，风电机组技术相对不成熟，相关设备主要依赖进口，同时国家的电价补贴缺乏，这些因素给了投资者很大的压力，同时也使得中国的海上风力发电领域发展缓慢。2014年国家出台了相关优惠政策，下调了陆上风电和光伏发电标杆电价，这就反映了国家对海上风电的政策支持。自2016 年1 月1 日起，国外进口风电机组及部件关税大幅降低，风电机的购置成本也开始逐渐下降。我国的风电生产厂商不断加大研发力度，目前已经研发出了第三代风机，国内的海上风力发电逐渐火热。目前，全球范围内海上风电安装船整体处于供不应求的状态，尽管专用的海上风电机安装船的数量从2005 年的两艘增加到了2014 年的40 艘以上，但是这与当前大量规划或者在建的海上风电机项目相比，风电机船的数量依然佷有限。一般来说，海上被风力发电机组运输船的建造周期较长，需要提前订购来满足要求。当然，海上风电机安装船的建造能够降低海上风电开发成本，但是在海上风电建设项目中，风机组设备的安装和建设成本占到了20%以上，这也是降低成本的潜在环节。想要降低安装成本，就必须要提出新的安装理念，这也是我国相关行业的厂家急需提升的部分。海上风力发电机组运输船本质上是托运风电机的风电机安装船，这种船和甲板船很类似，它属于驳船的一种，一旦到达目的地，安装完风力发电机后就不再移动，固定在工作区域，海上风力发电机组运输船比一般船舶结构要复杂，的结构形式和普通船舶比较有如下主要特点:（1）一般是风力发电机组运输船大多采用箱型船体、自升平台，它的甲板空间大，一次可以装运数量较多的的风力发电机；（2）该船拥有可升降的桩腿来抬升船体，但船舶到达目的地后固定不再移动；（3）该船能够自航、操纵性好而且安装效率更高，可以在海上单独作业；（4）在确定的工作范围内，这种采用自升自航式平台的运输船舶价格更便宜；鉴于这类船舶以上的种种优点，而国外尤其是欧洲海上风能产业已经初具规模，大吨位、安装效率更高、适应性强、专业性强的海上风力发电机组运输船对于我国的绿色能源行业来说意义重大，有助于我国发展风能产业，我国海域广阔且风能资源丰富，目前我国海域上的风力发电机的数量显然不够，大批建造这种大吨位的风力发电机船迫在眉睫。因为海上风力发电机组运输船[1]结构，相比普通船舶更加复杂，单独利用《国内航行海船建造规范》和舱段有限元中的经验公式计算，虽然可以算出大致结果，但是不能准确反映这类船总强度，所以要对传统的计算方法进行改进，对全船进行三维有限元分析是非常有必要的。而且根据实际装载工况并结合总纵强度，可以对相关重要构件进行优化。因此，本论文以某海上风力发电机组运输船为研究对象，对于全船有限元直接计算方法及其过程中涉及到的各种问题进行研究和探讨，着重分析该船舶的应力分布和结构变形，并船体结构的强度进行评估，得到该船结构的高应力集中区域云图，从而为这类船的设计提供改进依据和参考。