海上风机基础结构五平面Y型管节点应力集中因子研究

发布时间：2024-04-27 21:26

　　海上风电是一种新兴的、可再生的清洁能源,我国拥有丰富的风能资源,据统计,我国可开发利用的风能资源初步估算约为10亿千瓦。但目前我国的海上风电发展仍然处于起步阶段,如何控制成本、提高使用寿命,决定着风能的发展前景。海上风机基础结构多为焊接钢结构,在服役期中长期受到顶部风机工作荷载、空气动力荷载和波流荷载等交变荷载的联合作用,故裂纹易在高应力集中区萌生和发展,进而引发疲劳破坏。管节点作为风机基础结构的重要连接构件,其应力集中现象极为明显且复杂,现行的规范及文献尚未涵盖所有类型管节点热点应力计算。本文选取固定式海上风机基础五平面Y型管节点为研究对象,基于有限元软件ANSYS,对其应力集中系数SCF进行研究分析。完成主要工作包括:(1)在ANSYS中用二十节点二次实体单元,实现了带焊缝的五平面Y型管节点精细化建模。(2)参考文献中的K型管节点实验,利用本文建模思路建立实验节点的有限元模型,与实验结果对比,验证本文数值模拟的准确性。(3)根据实际工程中影响SCF的几何参数取值,确定本文的计算工况;开展了单一荷载作用下五平面Y型管节点SCF分布规律分析、SCF极值分析、多平面相互作用研究;进一步开...

【文章页数】：70 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 国内外研究现状
        1.2.1 平面管节点
        1.2.2 空间管节点
        1.2.3 带有加强构件的管节点
    1.3 本文的研究目的和内容
2 有限元模型的建立
    2.1 管节点分类
    2.2 应力集中系数计算方法
        2.2.1 名义应力的定义
        2.2.2 热点应力的定义
        2.2.3 SCF的影响因素
    2.3 管节点几何模型
        2.3.1 管节点相交线方程
        2.3.2 二面角ψ的定义和计算
        2.3.3 厚度因子δ的定义和计算
    2.4 焊缝模拟
        2.4.1 内相交线与外相交线
        2.4.2 焊缝厚度规定
        2.4.3 初始接触厚度
        2.4.4 焊缝模型基本假设
        2.4.5 焊跟和焊趾的模拟
        2.4.6 总焊缝厚度
    2.5 有限元模型
        2.5.1 网格划分方案
        2.5.2 模型验证
    2.6 本章小结
3 普通五平面Y型管节点
    3.1 加载方式
    3.2 计算工况
    3.3 SCF分布规律
    3.4 SCF极值研究
        3.4.1 DNVRP-C203规范公式
        3.4.2 有限元与DNV结果对比
    3.5 多平面相互作用分析
    3.6 多平面管节点SCF计算的叠加原理
    3.7 SCF敏感性分析
        3.7.1 轴向力作用下SCF敏感性分析
        3.7.2 面内弯矩作用下SCF敏感度分析
        3.7.3 面外弯矩作用下SCF敏感性分析
    3.8 本章小结
4 加强型五平面Y型管节点
    4.1 SCF分布规律
    4.2 SCF极值研究
    4.3 SCF敏感性分析
        4.3.1 轴向力作用下SCF敏感性分析
        4.3.2 面内弯矩作用下SCF敏感性分析
        4.3.3 面外弯矩作用下SCF敏感性分析
    4.4 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 展望
参考文献
致谢



本文编号：3965732