海上風電機組與支撐結構一體化疲勞分析

楊 欣

(上?？睖y設計研究院有限公司，上海 200335)

1 引言

海上風電機組基礎所處環境復雜，結構除受到自身重力之外，還受到風、波浪、海流、運行荷載及地震波、浮冰荷載等各種動力荷載，使結構在服役期間不停息地發生振動[1]。在這種持續的振動作用下，結構會在未達到極限應力，甚至是未達到彈性極限時發生破壞，即發生疲勞破壞。在實際工程中，疲勞破壞會嚴重威脅海上風電機組基礎的使用安全，因此疲勞破壞問題不容忽視[2,3]。

目前針對海上風電疲勞特性的研究方法通常包括兩種，頻域分析方法和時域分析方法[4]。時域分析方法是通過監測或模擬得到荷載的時間序列，將得到的荷載施加在結構上，進行瞬態動力學分析，得到應力-時程曲線，通過雨流計數法統計得到應力幅值、循環次數，根據S-N曲線理論與Miner線性累積損傷理論計算得到結構的疲勞損傷值[5]。頻域分析方法通常是采用譜分析的方法，需要根據研究海域的聯合概率密度函數，得到結構在風浪流作用下的響應函數，再進行結構的疲勞損傷分析[6,7]。

對于傳統的海洋石油平臺來說，疲勞通常只考慮波浪荷載作用，而忽略風、海流對結構的疲勞破壞。而對于海上風電基礎來說，結構承受著風荷載帶來的巨大的水平力和傾覆力矩，因此必須考慮結構受到風、波浪的聯合作用[8]。而目前大多采用風、波浪單獨計算疲勞損傷，再線性疊加的方法進行考慮，此種方法會忽視風浪聯合作用的非線性影響因素，因此不能準確地反映結構的疲勞特性。……