一种三立柱漂浮式风机基础撑杆结构强度的计算方法与流程

技术特征：
1.一种三立柱漂浮式风机基础撑杆结构强度的计算方法，其特征在于，所述计算方法包括以下步骤：步骤一，选取危险工况，即选取四种风机基础易失效或破坏的危险工况和对应的波形；步骤二，波浪参数确定，根据四种危险工况的波形确定四种危险工况下的波长，并根据波浪理论公式确定四种危险工况下的波浪周期和波高；步骤三，载荷确定，即确定风机基础的三根立柱上所受到的波浪载荷；步骤四，结构模型建立，即在ansysdesign modeler模块中建立风机基础的梁系结构模型；步骤五，边界条件施加，将六个边界条件施加在梁系结构模型上，即三个垂直向上的弹簧约束、两个波浪方向水平位移约束和一个垂直于波浪方向水平位移约束；步骤六，模型有限元离散，在ansys static structural模块中对梁系结构模型开展有限元离散，形成一维网格的有限元模型；步骤七，载荷施加，在有限元模型中施加波浪载荷，波浪载荷的方向由四种危险工况的波形决定，将波浪载荷以点载荷的形式施加于立柱的吃水部分的形心；步骤八，静力学分析，在ansys static structural模块中开展静力学分析，得到四种危险工况下撑杆的最大轴向压应力σ
dc
和撑杆的最大组合应力σ
mc
；步骤九，强度校核，将撑杆材料的屈服强度与撑杆的最大组合应力σ
mc
进行校核，将撑杆材料的屈曲强度与撑杆的最大轴向压应力σ
dc
进行校核，判断撑杆的结构强度是否足够。2.根据权利要求1所述的三立柱漂浮式风机基础撑杆结构强度的计算方法，其特征在于，进行步骤一时，选取的第一种危险工况为0
°
入射角分离力最大工况，选取的第二种危险工况为0
°
入射角挤压力最大工况，选取的第三种危险工况为30
°
入射角分离力最大工况，选取的第四种危险工况为30
°
入射角挤压力最大工况。3.根据权利要求1所述的三立柱漂浮式风机基础撑杆结构强度的计算方法，其特征在于，进行步骤二时，包括：a.波长确定，即根据四种危险工况时的波形一一对应地确定四种危险工况下的波长l与立柱的间距b之间的关系：式(1)中，l1为第一种危险工况下的波长；l2为第二种危险工况下的波长；l3为第三种危险工况下的波长；l4为第四种危险工况下的波长；b为立柱的间距；b.波浪周期确定，根据线性波浪理论得到波浪周期t公式：式(2)中，l为波长；k为波数，d为水深；
c.波高确定，根据线性波波高公式(3)计算波高h：式(3)中，t为波浪周期；h
100
为百年一遇的波高。4.根据权利要求1所述的三立柱漂浮式风机基础撑杆结构强度的计算方法，其特征在于，进行步骤三时，采用莫里森方程计算波浪载荷，如下：式(4)中，f
n
为波浪载荷；ρ为海水密度；c
a
为附加质量系数，立柱为圆柱形时c
a
＝1；c
d
为拖曳系数，立柱为圆柱形时c
d
＝1；a为立柱的横截面的面积；d为立柱的直径；v&为水质点的水平运动加速度；v为水质点的水平运动速度；根据线性波浪理论得到波浪中水质点的水平运动速度v：根据线性波浪理论得到波浪中水质点的水平运动加速度v&：式(5)和式(6)中，h为波高；k为波数，l为波长；d为水深；z为水质点的深度；x为波浪的传播方向；ω为波浪的圆频率；t为时间。5.根据权利要求1所述的三立柱漂浮式风机基础撑杆结构强度的计算方法，其特征在于，进行步骤五时，设置的弹簧约束的弹簧刚度为水浮力载荷的等效，弹簧刚度k
s
的计算公式如下：式(7)中，ρ为海水密度；d为立柱的直径；g为重力加速度系数9.8n/kg。6.根据权利要求1所述的三立柱漂浮式风机基础撑杆结构强度的计算方法，其特征在于，进行步骤九时，包括：a.屈服强度校核，通过下式确定撑杆的许用屈服应力[σ
s
]：[σ
s
]＝σ
s
/s
s
其中，σ
s
为撑杆材料的屈服强度，mpa；s
s
为撑杆材料的屈服安全系数；b.屈曲强度校核，通过下式确定撑杆的许用屈曲应力[σ
cr
]：[σ
cr
]＝σ
cr
/s
cr
其中，σ
cr
为撑杆材料的屈曲强度，mpa；s
cr
为撑杆材料的屈曲安全系数。受压杆件材料的屈曲强度σ
cr
按下式计算所得：
式(8)中：σ
e
为欧拉应力，mpa，l为杆件无支撑长度；r为对应于杆件无支撑长度l的横剖面回转惯性半径；k为等效长度系数；e为撑杆材料的杨氏模量；当撑杆的最大组合应力σ
mc
小于撑杆的许用屈服应力[σ
s
]，即σ
mc
＜[σ
s
]，同时撑杆的最大轴向压应力σ
dc
小于撑杆的许用屈曲应力[σ
cr
]，即σ
dc
＜[σ
cr
]，撑杆的结构强度才会是足够的。

技术总结
本发明公开了一种三立柱漂浮式风机基础撑杆结构强度的计算方法，包括以下步骤：步骤一，选取四种风机基础易失效或破坏的危险工况和对应的波形；步骤二，根据四种危险工况的波形确定波长，并根据波浪理论公式确定四种危险工况下的波浪周期和波高；步骤三，确定风机基础的所受到的波浪载荷；步骤四，建立风机基础的梁系结构模型；步骤五，将六个边界条件施加在梁系结构模型上；步骤六，对梁系结构模型开展有限元离散，形成一维网格的有限元模型；步骤七，在有限元模型中施加波浪载荷；步骤八，静力学分析，得到四种危险工况下撑杆的最大轴向压应力和最大组合应力；步骤九，判断撑杆的结构强度是否足够。本发明能显著提高计算效率。本发明能显著提高计算效率。本发明能显著提高计算效率。


技术研发人员：杜宇 李飞鹏
受保护的技术使用者：中交第三航务工程局有限公司
技术研发日：2022.09.05
技术公布日：2022/11/25