海上风机桩基础稳定性分析与离心模型试验验证研究

本项研究联合运用数值计算、理论分析及离心模型试验等技术手段，深入探讨复合加载条件下的海上风机桩基础破坏机理与失稳模式，发展了地基土的先进动力本构模型，发展高效稳定的统一积分算法，建立了循环荷载作用下海上风力发电机桩基础与地基的弹塑性计算模型。室内土工试验部分，分别针对海洋原状土和砂性土，开展了复杂应力条件土体剪切特性的试验研究，分析研究了多个因素对土体剪切特性的影响；针对由波浪等循环作用引起的主应力轴旋转效应，发展了非共轴本构模型，并将其成功嵌入有限元计算程序。利用该模型计算研究了桶形基础、吸力桶以及重力式基础的破坏和失稳；针对海洋砂性土，开发了一个可以考虑砂土当前物理状态的本构模型；开发了适合鼓式离心机的制样设备，研发改进了桩基础水平向循环加载系统；利用鼓式离心机开展了桩基础承载特性的试验研究，针对单桩基础,采用饱和密砂地基，进行了按位移控制的单向水平荷载和双向水平循环荷载作用下的离心机模型实验，重点分析了桩身响应规律，并与数值模型计算结果进行了对比分析；采用CEL大变形有限元技术对于上砂下黏双层地基中桩靴基础贯入过程进行了数值模拟，系统的探讨了上层砂土内摩擦角、下层黏土不排水抗剪强度等土性指标对于基础贯入阻力曲线的影响。采用荷载-位移联合搜索方法，对于海上风机桶形基础在非共面复合加载条件下稳定性进行了系统研究，初步建议了一个软黏土地基上六维自由度复合加载条件下基础破坏包络面方程。研究成果为海上风机桩基础的设计和安全评价提供了建议。 2100433B

随着煤炭、石油、天然气等不可再生资源的日益消耗以及环境污染的加剧，世界上大多数发达国家正在积极开发海洋风能资源，我国近几年也正在逐步推广海洋风能发电。海上风力发电机桩基础的受力条件非常复杂，不但受到自重等竖向荷载的作用，还受到上部结构传来的风荷载、波流荷载等引起的水平荷载、力矩与扭矩作用。本项研究将联合运用理论分析、数值计算及离心模型试验等手段，深入探讨复合加载条件下的桩基础破坏机理与失稳模式，基于塑性极限分析理论对不同荷载分量组合下的桩基础稳定性与承载性能进行评价，进而针对地基土的先进动力本构模型，标定模型参数在低频动载下的取值范围，发展高效稳定的统一积分算法，建立循环荷载作用下海上风力发电机桩基础与地基的弹塑性有效应力计算模型。通过具体计算全面探讨复杂荷载条件下海上风力发电机桩基础与地基的变形机理与工作性能。在此基础上，提出工程上实用的计算方法，为工程设计提供一定的参考依据。

风能是一种清洁的永续能源，合理的利用和开发风能是解决我国目前存在的能源紧张和环境压力问题的有效途径。由于海上环境的特殊性，海上风电场建设工程中存在比陆上风电更多的技术难题需要攻克，其中海上风机安装是海上风电场建设中最突出的难点之一。海上风机在安装过程中，由于起重船在海洋中的摇荡运动使得风机不可避免的产生晃动，这种晃动可能造成风机与海上基础平台的碰撞甚至多次碰撞，而造成风机损坏。因此，设计满足在海上恶劣环境下风机安装的软着陆系统成为一个亟待解决的问题。 本课题首先研究了大质量海上风机在吊装过程中的动力学特性。建立的起重船-风机吊物系统耦合模型不仅考虑了船体在海面上的纵荡、横荡、升沉、横摇、纵摇和首摇，还考虑了风机的面内外摆角以及吊索的弹性变形。计算分析了起重船以及风机在不同外界激励下的动态响应及耦合关系。 其次研究了海上风机在安装对接过程中的相关动力学问题。分别建立了海上风机安装的硬着陆模型和软着陆模型，考虑了由于风机着陆、吊索松弛等因素引起的系统的不连续性，从时域的角度分析了海上风机安装过程中的动态特性以及影响因素。建立了提升钢丝绳的柔性动力学模型，讨论了提升钢丝绳在运动过程中的非线性振动响应。最后得到了满足海上风机安装要求的软着陆系统的设计的参数选取原则。 基于理论分析，对软着陆系统的结构形式进行了研究，对其核心部件即缓冲器进行了详细的结构设计、强度检验以及建模分析。在此基础上，充分考虑缓冲器作为液压元件的特性，建立了包括负载、吊索和缓冲器在内的软着陆系统试验模型，并在不同海况安装条件下，对软着陆系统的性能进行了仿真计算，最终研制出了符合要求的软着陆系统。 最后为了拓宽原有软着陆系统在多变的海上安装条件下的适用范围，引入半主动控制技术，基于海上风机着陆过程的特点，提出一种新的节流孔面积设计原则，通过参数自校正模糊控制器实现了对于软着陆系统在着陆过程中的半主动控制，并通过仿真计算，验证了控制规律和方法的有效性，表明半主动控制方案可有效改善软着陆系统在较恶劣安装条件下的缓冲性能。 本课题的研究内容和成果为我国海上风机安装中的软着陆系统研究提供了一个良好的开端，解决了海上风机安装中软着陆系统的关键技术问题。目前该软着陆系统已经成功地应用于江苏响水海上风电场大型风机的安装。 2100433B

维修性是产品维修方便、快捷和经济的重要质量特性。在研制中越来越受到重视。这本《维修性设计分析与验证》由吕川主编，系统地介绍了维修性设计分析与验证的技术与方法。全书共分八章，主要包括：维修性的概念和设计、验证基本过程与原则。维修性要求及其确定，维修性模型，维修性设计准则、方法，维修性分析技术。维修性试验与评价技术，维修性虚拟试验与分析评价等：《维修性设计分析与验证》是《可靠性·维修性·保障性技术丛书》之一，可供科技工业，尤其是武吕装备研究、研制、试验、生产、玎购、维修部门和单位的工程技术人员与管理人员阅读，也可作为高等工程技术院校有关专业本科生、研究生的参考书。

本标准规定了分析仪器验证与评价的术语和定义、总则、通用要求、验证与验评方法、评分规则和验证与评价结果。 本标准适用于评价机构对基因扩增仪进行验证与评价，仪器研制机构与生产企业可以参照执行。