风电安装船的甲板结构强度校核(附件)
摘 要摘 要风电安装船对近海风电场的安装有着举足轻重的作用。其开发可以对各国沿海地区的工业带来极大发展，解决电力需求的问题。近年来海上风电场建设发展势头迅猛，对风电安装船的研究因此成为时下重要的课题。本论文介绍了开发风电的优点以及我国风电发展情况，阐述了风电安装船的研究目的和意义。介绍有限元软件在船舶结构分析中的应用以及静力分析的步骤。利用ANSYS建立了本论文所要分析的风电安装船甲板的计算模型，并设置材料属性、对模型进行网格划分以及在三种不同的工况下对模型进行加载计算，计算表明风电安装船甲板的结构强度在三种工况下均满足强度要求。关键词风电安装船；强度校核；有限元；ANSYS
目录
第1章 绪论 1
1.1 课题背景及研究意义 1
1.1.1 我国风电的发展及市场需求 1
1.1.2 风电优点及研究意义 2
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 风电安装船的发展和应用现状 3
1.2.2 风电安装船甲板结构强度研究现状 3
1.3 风电安装船的未来发展方向 5
1.4 本文的主要研究内容 5
第2章 有限元法与ANSYS介绍 7
2.1 有限元法介绍 7
2.1.1 有限元法的基本思想 8
2.1.2 有限元法的优势 8
2.2 有限元在船舶结构中分析与设计 9
2.3 ANSYS软件的介绍 9
第3章 有限元模型的建立 11
3.1 风电安装船尺寸 11
3.1.1 主要尺度 11
3.1.2 结构图 11
3.2 单元属性 12
3.2.1 定义单元属性和单元类型的选择 12
3.2.2 设置单元属性 13
3.3 有限元模型的分析及建立步骤 14
3.3.1 有限元模型的分析 14
3.3.2 模型建立的步骤 14
3.3.3 建模过程中命令流的使用 16
3.4 创建模型 19
3.5 网格的划分 22
第4章 风电安装船的甲板结构强度 style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });
目录
第1章 绪论 1
1.1 课题背景及研究意义 1
1.1.1 我国风电的发展及市场需求 1
1.1.2 风电优点及研究意义 2
1.2 国内外研究现状 2
1.2.1 风电安装船的发展和应用现状 3
1.2.2 风电安装船甲板结构强度研究现状 3
1.3 风电安装船的未来发展方向 5
1.4 本文的主要研究内容 5
第2章 有限元法与ANSYS介绍 7
2.1 有限元法介绍 7
2.1.1 有限元法的基本思想 8
2.1.2 有限元法的优势 8
2.2 有限元在船舶结构中分析与设计 9
2.3 ANSYS软件的介绍 9
第3章 有限元模型的建立 11
3.1 风电安装船尺寸 11
3.1.1 主要尺度 11
3.1.2 结构图 11
3.2 单元属性 12
3.2.1 定义单元属性和单元类型的选择 12
3.2.2 设置单元属性 13
3.3 有限元模型的分析及建立步骤 14
3.3.1 有限元模型的分析 14
3.3.2 模型建立的步骤 14
3.3.3 建模过程中命令流的使用 16
3.4 创建模型 19
3.5 网格的划分 22
第4章 风电安装船的甲板结构强度 style="display:inline-block;width:630px;height:85px" data-ad-client="ca-pub-6529562764548102" data-ad-slot="6284556726"> (adsbygoogle = window.adsbygoogle || []).push({ });
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校核 25
4.1 约束条件 25
4.2 施加载荷及求解 26
4.2.1 工况一：只考虑塔筒的重力 26
4.2.2 工况二：同时考虑塔筒的重力和风浪载荷 29
4.2.3 工况三：改变风机的位置 33
第5章 结论与总结 37
致谢 38
参考文献 39
第1章 绪论
1.1 课题背景及研究意义
1.1.1 我国风电的发展及市场需求
我国风电行业在这些年发展迅速，相关的技术也在不断地更新，市场对风电安装船的需求量也相当可观，但是海上风力发电产业的发展却受到了高昂的风电场施工成本、长期的海上作业时间以及工期长等问题的阻碍。
海上风电市场需求十分可观。2015年，计划在全国装机1亿千瓦左右，其中海上风电占其中的0.05%[1]。我国的风电产业体系已经随着技术的进步在逐步完善，由于科学家们在风电机组的关键设计和制造方面取得了较大的成果，我国风电设备产业在国际市场中的地位也在逐步提升。2015年，继续推动中国海上风电以较大规模持续发展，到2020年全国风电规划装机2亿千瓦，其中海上风电占3000万千瓦。规划明确指出我国潮间带和近海风电将进入快速发展、规模化开发阶段。预计到2020年，海上风电总市场容量高达6000亿元，风机主机、海工装备企业将因此获得大量订单。
风电安装船的市场需求十分迫切。根据中国可再生能源学会风能专业委员会的数据，到2015年，只能完成海上风电装机容量200万千瓦，而“十二五”规划中这个指标是500万千瓦。由于海上风电电价政策出台时间较晚，相关配套机制不健全，配套的服务也不健全，致使海上风电发展的步伐比较慢。除了这些客观因素外，海上风电安装设备才是制约海上风电发展的最主要技术瓶颈。
虽然海上风电产业发展速度比较缓慢，但却在几年前对相关装备就有了迫切的需求。“十二五”期间已陆续出现新建或改装的专业海上风电安装船，而原来很多适用于海上石油的浮吊，由于其功能的局限性，难以满足海上风电安装的需要，客观上延长了整体施工周期，增加了工程造价，提高了综合成本。海上风电项目施工环境的复杂性及专用设备不足给海上风电项目建设带来了较大挑战。根据“十三五”规划，按照 2020年我国海上风电装机容量达到3000万千瓦以及5 MW单机容量计算，至少需要5000台海上风机。平均每年至少要安装1000台以上。如果按照每台风电安装船每年施工9个月，每台机组吊装进退场一共需要4 天，全年完成约60台风机的安装能力计算，至少需要约16艘风电安装船。这还未考虑基数逐渐扩大所带来的后期海上风电运维市场的需求。如果考虑到国际市场，则市场容量更大。2014年9月，风电安装船运营商A2 Sea的首席运营官Hans Schneider在汉堡海事展期间的“海工对话会”上警告称，欧洲风电安装船的供应已经跟不上需求。国外研究咨询机构Global Data 表示，从2014年～2020年，全球风电安装船市场价值将增长5倍以上[2]。
我国研究开发风电安装船有极大的前景利益。在江苏沿海，近海海域和潮间带区域广阔，分布着许多0~10m水深的沙洲，航运及其它经济价值不高，却很适合开发建设海上风电场。为适应我国沿海特别是江苏海上风电场建设的需要，针对潮间带及沿海风电场建设的要求，进行了海上风机吊装与运输专用作业船设计和关键技术的研究[3]。
1.1.2 风电优点及研究意义
海上风电是清洁能源，其可再生、无污染的特点是本世纪各国发展新能源所要努力的方向。世界各国的工业带主要分布在沿海地区，电力需求旺盛。海上风电距用电中心较近，输送损耗小，具有其它能源无法替代的优势。近年来海上风电场建设发展势头迅猛。我国沿海地区拥有丰富的海上风能资源。海上风电安装船是建设海上风电场的关键装备，但是其核心技术主要为欧洲设计公司所掌握。
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