單樁基礎海上風機受船撞擊損傷和動力響應分析（2）

風機廠石家莊風機廠石家莊風機石家莊市風機廠石家莊風機維修石家莊風機銷售因此,本文基于L S-D YNA軟件,選用速度2m·s-1的50 0 0t船舶撞擊單樁基礎海上石家莊風機,對單樁基礎損傷程度進行定量分析,對石家莊風機塔架易損位置進行位移、加速度響應及剪力分析,為保證石家莊風機安全提供一定參考.1碰撞分析基本理論碰撞是瞬態的復雜物理過程,屬于非線性動力問題,碰撞運動方程可表示為[7]MU··+CU·+K U=F(1)式中:M為質量矩陣,C為阻尼矩陣,K為剛度矩陣,U為位移向量,F為外界作用力(主要指碰撞力),考慮沙漏能效應時需要等式右端加沙漏能力H.L S-D YNA求解碰撞問題采用顯式中心差分法,顯式中心差分法優點是無須進行矩陣求逆和聯立方程組,有效回避了因非線性引起的收斂性問題;
　　缺點是解的穩定性是有條件的,必須滿足C o u r a n t準則,即時間步長必須小于由該問題求解方程性質所決定的時間步長臨界值.2數值計算模型2.1石家莊風機和船舶選取石家莊風機選取國內某海上風電場[8],單機額定功率為3MW,石家莊風機組成及各部件主要參數見表1;基礎選用設計方案其中之一的單樁基礎,單樁基礎包括鋼管樁和鋼管過渡連接段,樁徑4.8m,壁厚4 5mm,樁長5 3m,樁基入土深度4 1m,鋼管樁樁頂露出水面2~3m,過渡連接段為變直徑鋼管,長7.7 7m.表1海上石家莊風機部件主要參數T a b.1 P r i n c i p a l p a r a me t e r so f o f f s h o r ewi n dt u r b i n ec o mp o n e n t s部件外形尺寸質量/t離水面高度/m葉片?2.4m×4 4m×4.2m1 1.2 9 1.3 4 5機艙1 3m×5m×6.2 4m 1 1 5 9 0.0 4 5輪轂?5m×5m2 8.5 9 0.0 4 5塔架上中下(?3.9~?3.0 7m)×3 2.1m5 7 8 7.5 4 5(?4.5~?3.9m)×3 0.8 1 5m9 8 5 5.4 4 5?4.5m×1 4.8 6m8 0 2 4.6 3 0由于國內沒有石家莊風機抗撞設計相關規范,根據挪威船級社規范D NV-R P-C 2 0 4規定[9],海洋工程結構應具備抵抗速度為2m·s-1的50 0 0t船舶沖擊,所以選用50 0 0t級船舶,船舶總長1 0 0m、垂線長9 6m、型寬1 0.6m、型深3.4m,船艏型式為飛剪型.
　　2.2材料模型船艏、樁基及塔架材料均為低碳鋼.在碰撞過程中材料應變率很大,而應變率提高將使材料內部發生一系列物理和化學變化,其力學特性應力-應變關系更復雜,屈服極限、瞬時應力、延性阻尼比等參數均有不同程度的變化,所以選取L S-D YNA提供的考慮應變率影響的非線性塑性材料模型(*MAT_P L AS T I C_KI NE MAT I C[1 0]).該模型表達式[1 1]為σy=1+ε·Cæèçöø÷1/P[](σ0+βE pεpe f f)(2)式中:σ0為初始屈服強度;C和P為材料C o wp e rS y mo n d s應變率參數;β為可調參數,取0為塑性隨動強化模型,取1為等向強化模型;E p為塑性強化模量,E p=E t E/(E-E t),E和E t分別為彈性模量和切線模量;