驳船式潮流电站载体结构强度分析及优化设计

摘要

21世纪是海洋的世纪,各国为了应对能源危机纷纷将目光投向海洋,清洁且可再生的海洋能源的开发利用正逐步成为热点。我国有着丰富的海洋潮流能源储量,开发潜力巨大。
　　潮流能的主要利用形式为潮流发电,为此需要在潮流密集处设置潮流电站以承载水轮机等装置将动能转化为电能。当前的潮流电站主要有漂浮式、坐底式以及桩基式,本文以国家海洋能专项资金项目为依托,对装机容量300kW的某漂浮式潮流电站进行结构优化设计,并对其进行强度分析。本文主要工作包括以下几部分:
　　首先对潮流电站载体结构型式进行确定,通过比较单体驳船式、双体船式以及半潜平台式三种不同型式载体在相同设计条件下的技术参数,选取了单体驳船结构作为该潮流电站载体。
　　然后利用通用有限元软件Patran/Nastran对整体结构进行不同工况下的应力强度校核,根据计算结果及规范评估各构件强度是否满足要求并对结果进行分析。通过计算分析发现整体结构在设计载荷状态下满足强度要求且有很大应力余量,需要进一步的优化。
　　随后以潮流电站的主要承载结构——水轮机组支撑结构为研究对象,对其进行了特征值屈曲分析。通过分析发现结构在当前载荷下不会发生屈曲。
　　最后以潮流电站载体结构各构件截面参数为设计变量、板梁单元的应力强度为约束条件、结构重量最小化为目标函数,利用Nastran软件的优化分析模块对潮流电站载体进行了优化。通过优化有效的减轻了结构总重量,使材料得到了充分利用,且优化后整体结构强度仍满足要求并有一定的余量。
　　通过本文的优化设计和结构强度分析工作可以表明单体驳船式潮流电站满足工作、规范要求,这为随后的详细设计工作提供了理论基础。

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第1章 绪论

1.1 研究背景

1.2 潮流能利用方式

1.3 潮流能国内外研究现状

1.4 论文主要内容

第2章 潮流电站载体结构选型及初步设计

2.1 潮流电站技术参数

2.2 潮流电站主尺度设计

2.3 潮流电站布置设计

2.4 潮流电站构件尺寸设计

2.5 不同型式电站载体技术对比

2.6 本章小结

第3章 潮流电站载体结构强度评估

3.1 有限元法

3.2 有限元模型

3.3 计算结果及分析

3.4 本章小结

第4章 水轮机组支撑结构屈曲稳定性分析

4.1 稳定分析基本理论

4.2 支撑结构有限元模型

4.3 单点支撑结构屈曲有限元分析

4.4 双点支撑结构屈曲有限元分析

4.5 本章小结

第5章 潮流电站载体结构优化

5.1 结构优化设计理论

5.2 优化设计参数设置

5.3 优化设计迭代结果与分析

5.4 优化前后应力强度对比

5.5 本章小结

结论

参考文献

攻读硕士学位期间发表的论文和取得的科研成果

致谢