新型海上风电基础防撞装置耗能性能及机理分析

【摘要】：随着海上风电产业与航运业的迅速发展,船舶与海洋工程结构发生碰撞的事故愈发频繁,碰撞事故一旦发生,可能造成人员伤亡,船只沉没,环境污染等问题,因此对海上风电基础进行防撞分析是十分必要的。本文以海上风电单桩基础防护为出发点,提出一种浮式FRP缓冲耗能防撞装置,通过数值模拟的方法,对该防撞装置的耗能性能和耗能机理进行研究。本文主要研究工作如下:(1)本文首先归纳了国内外船舶碰撞的研究方法,并分析了现有防撞装置的特点,总结了防撞装置应用于海洋平台可能存在的问题。提出了一种漂浮式FRP缓冲耗能防撞装置。(2)对海上风电基础结构的防撞装置进行初步的设计,考虑有无防撞装置两种工况,应用有限元软件ABAQUS进行模拟,对比分析了碰撞过程中的能量消耗、撞击力、碰撞时间、桩基础的应力应变。分析结果表明:设置防撞装置比未设防撞装置的碰撞时间延长了2.36倍,最大撞击力降低了57.5%,说明该防撞装置能有效的保护桩基础。同时对防撞装置的耗能机理和损伤模式进行了深入研究,研究结果表明:防撞装置的耗能主要通过结构的变形和材料失效来实现,材料的基体拉伸破坏是最主要的失效模式。为防撞装置的设计提供一定的理论依据。(3)对防撞装置的耗能性能进行参数化分析,考虑了单元体1和单元体2的铺层厚度以及单元体1网格尺寸这三个参数,应用ABAQUS软件进行动力分析,研究这些参数对防撞系统的耗能以及撞击力的影响,计算结果表明,可通过改变参数大小,能提高防撞装置的耗能性能,并降低最大撞击力。同时对船舶的碰撞参数进行了分析,重点考虑了船舶的不同速度,质量对碰撞结果的影响,得出不同情况下防撞单元的耗能规律。