单桩基础海上风机受船撞击损伤和动力响应分析（3）
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 εpe f f为等效塑性应变.表2列出了船艏、桩基、塔架材料的主要参数.表2各部件材料参数T a b.2 Ma t e r i a l p a r a me t e r so f c o mp o n e n t s部件ρ/(k g·m-3)E/G P aυσ0/MP a E t/MP aβC/s-1Pε船艏78 5 0 2 0 6 0.3 0 2 3 5 11 8 0 0 4 0.4 5 0.3 4桩基78 5 0 2 0 6 0.2 8 3 4 5 7 6 3 0 4 0.0 5 0.3 1塔架78 5 0 2 0 6 0.2 8 3 4 5 7 6 3 0 4 0.0 5 0.3 1考虑到远离碰撞区域的部件不参与碰撞,为提高计算效率,船身和船尾用刚体材料(*MAT_R I G I D[1 0])来模拟,石家庄风机的叶片、轮毂、机舱通过在塔架顶施加集中质量来代替.2.3石家庄风机和船舶有限元模型船舶与石家庄风机碰撞过程中,桩土相互作用主要为水平作用,竖向桩侧摩擦力可忽略不计,p-y曲线法[1 2]在塑性区采用极限地基反力法,弹性区采用弹性地基反力法,适用于船舶与石家庄风机的碰撞研究,因此,桩土相互作用通过弹簧单元来模拟.
各土层p-y曲线参数值见表3,表中ε5 0为进行原状样的不固结不排水压缩试验时,最大主应力差1/2表3各土层p-y曲线参数值T a b.3 T h e p-y c u r v e sp a r a me t e r v a l u e so fd i f f e r e n t s o i l s土层名称厚度/m有效密度/(k N·m-3)内摩擦角/(°)不排水剪切强度/k P aε5 0淤泥质粉质黏土1 8.9 9 8.4-1 2 0.0 4粉质黏土1 4.0 4 8.6-3 0 0.0 2粉细砂1 4.9 4 1 0.9 3 2--时的轴向应变,图1为海床处土弹簧本构模型.由于碰撞过程属于动力过程,弹簧需使用动力,故选取L S-D YNA提供的弹簧单元(*E L E ME NT_D I S C R E T E[1 0]),该单元动力F d可通过放大因子2 5 5大连理工大学学报第5 4卷k和静力F s来表示
:F d=1 k vv 0æèçöø÷·Fs(3)式中:v0为测试速度,取船舶速度;v为碰撞过程中弹簧两端节点相对速度的绝对值;k取1.5.单桩基础碰撞区域进行网格细化,尺寸为0.2 5m,其余部分为1m,石家庄风机单元尺寸为1m,有限元模型见图2.图1海床处土弹簧本构模型F i g.1 C o n s t i t u t i v emo d e l o f s o i l s p r i n ga t s e a b e d图2单桩基础及海上石家庄风机有限元模型F i g.2 F E M mo d e l o f mo n o p i l ef o u n d a t i o na n do f f s h o r ewi n dt u r b i n e船体在运动过程中与水的相互作用通过附加质量法[1 3]简化,附连水系数取0.0 5[1 4].船艏通过壳单元建立,单元厚度为2 0mm,尺寸为0.2 5m,其有限元模型见图3;