单桩基础海上风机受船撞击损伤和动力响应分析（2）
风机厂石家庄风机厂石家庄风机石家庄市风机厂石家庄风机维修石家庄风机销售因此,本文基于L S-D YNA软件,选用速度2m·s-1的50 0 0t船舶撞击单桩基础海上石家庄风机,对单桩基础损伤程度进行定量分析,对石家庄风机塔架易损位置进行位移、加速度响应及剪力分析,为保证石家庄风机安全提供一定参考.1碰撞分析基本理论碰撞是瞬态的复杂物理过程,属于非线性动力问题,碰撞运动方程可表示为[7]MU·· CU· K U=F(1)式中:M为质量矩阵,C为阻尼矩阵,K为刚度矩阵,U为位移向量,F为外界作用力(主要指碰撞力),考虑沙漏能效应时需要等式右端加沙漏能力H.L S-D YNA求解碰撞问题采用显式中心差分法,显式中心差分法优点是无须进行矩阵求逆和联立方程组,有效回避了因非线性引起的收敛性问题;
缺点是解的稳定性是有条件的,必须满足C o u r a n t准则,即时间步长必须小于由该问题求解方程性质所决定的时间步长临界值.2数值计算模型2.1石家庄风机和船舶选取石家庄风机选取国内某海上风电场[8],单机额定功率为3MW,石家庄风机组成及各部件主要参数见表1;基础选用设计方案其中之一的单桩基础,单桩基础包括钢管桩和钢管过渡连接段,桩径4.8m,壁厚4 5mm,桩长5 3m,桩基入土深度4 1m,钢管桩桩顶露出水面2~3m,过渡连接段为变直径钢管,长7.7 7m.表1海上石家庄风机部件主要参数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部件外形尺寸质量/t离水面高度/m叶片ϕ2.4m×4 4m×4.2m1 1.2 9 1.3 4 5机舱1 3m×5m×6.2 4m 1 1 5 9 0.0 4 5轮毂ϕ5m×5m2 8.5 9 0.0 4 5塔架上中下(ϕ3.9~ϕ3.0 7m)×3 2.1m5 7 8 7.5 4 5(ϕ4.5~ϕ3.9m)×3 0.8 1 5m9 8 5 5.4 4 5ϕ4.5m×1 4.8 6m8 0 2 4.6 3 0由于国内没有石家庄风机抗撞设计相关规范,根据挪威船级社规范D NV-R P-C 2 0 4规定[9],海洋工程结构应具备抵抗速度为2m·s-1的50 0 0t船舶冲击,所以选用50 0 0t级船舶,船舶总长1 0 0m、垂线长9 6m、型宽1 0.6m、型深3.4m,船艏型式为飞剪型.
2.2材料模型船艏、桩基及塔架材料均为低碳钢.在碰撞过程中材料应变率很大,而应变率提高将使材料内部发生一系列物理和化学变化,其力学特性应力-应变关系更复杂,屈服极限、瞬时应力、延性阻尼比等参数均有不同程度的变化,所以选取L S-D YNA提供的考虑应变率影响的非线性塑性材料模型(*MAT_P L AS T I C_KI NE MAT I C[1 0]).该模型表达式[1 1]为σy=1 ε·Cæèçöø÷1/P[](σ0 βE pεpe f f)(2)式中:σ0为初始屈服强度;C和P为材料C o wp e rS y mo n d s应变率参数;β为可调参数,取0为塑性随动强化模型,取1为等向强化模型;E p为塑性强化模量,E p=E t E/(E-E t),E和E t分别为弹性模量和切线模量;