近海浮式風(fēng)力機結(jié)構(gòu)疲勞分析一般是考慮基礎(chǔ)與塔柱的連接部位，這是浮式風(fēng)力機結(jié)構(gòu)的熱點應(yīng)力區(qū)，是疲勞分析需要考慮的關(guān)鍵結(jié)構(gòu)區(qū)域。浮式風(fēng)力機結(jié)構(gòu)疲勞分析難度遠大于固定基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)風(fēng)力機，因為浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)包括系泊系統(tǒng)，整個風(fēng)力機系統(tǒng)處于大幅運動之中，水動力載荷和運動耦合分析是結(jié)構(gòu)疲勞分析面臨的復(fù)雜問題。陶海成針對浮式風(fēng)力機半潛式基礎(chǔ)，考慮波浪散布圖計算基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的應(yīng)力，基于全概率譜疲勞分析方法對“熱點”區(qū)域進行了疲勞強度計算。方龍等分析了海上三浮體式風(fēng)機的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)中風(fēng)機支撐結(jié)構(gòu)的疲勞壽命，考慮波浪和風(fēng)載荷共同作用，基于Miner線性累積損傷準則計算結(jié)構(gòu)在各工況下的疲勞損傷，但沒有考慮葉輪轉(zhuǎn)動引起的氣動載荷。李浩然等針對Spar型浮式基礎(chǔ)風(fēng)力機，考慮風(fēng)、浪及氣動力作用，根據(jù)不同海況風(fēng)浪聯(lián)合分布概率，基于Miner線性累積損傷準則計算塔架底部短期疲勞損傷。Kim等引入神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)方法，提出了用于降低疲勞計算工作量的簡化方法。桑松等針對半潛式浮式風(fēng)力機基礎(chǔ)，基于SESAM和FAST軟件，計算結(jié)構(gòu)疲勞損傷。
浮式風(fēng)力機疲勞分析，由于時域計算工作量巨大，目前的研究工作主要基于頻域譜疲勞分析方法，或者基于半頻域加半時域方法，計算過程一般僅考慮波浪和風(fēng)的拖曳力。關(guān)于葉片轉(zhuǎn)動引起的氣動力對于疲勞損傷的影響，如何簡化氣動力疲勞損傷的計算，目前尚缺乏研究。這里結(jié)合淺水10 MW風(fēng)力機，計算環(huán)境載荷引起的疲勞，并提出簡化的風(fēng)力機氣動力損傷分析方法，研究氣動力對于浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的損傷，評估氣動力對于浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)疲勞損傷的影響。
基本結(jié)論
基于譜疲勞計算方法計算分析半潛式大功率浮式風(fēng)力機的波浪載荷引起的損傷，提出一種簡化方法計算氣動力引起的損傷。比較了兩種載荷引起的疲勞損傷結(jié)果，主要結(jié)論如下：
1) 半潛式三立柱風(fēng)力機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)，波浪載荷引起的浮式風(fēng)力機損傷嚴重部位主要在基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)箱型體垂直板材與水平板交接點，此處由于應(yīng)力集中導(dǎo)致了應(yīng)力值較大，為疲勞損傷的關(guān)鍵部位。
2) 文中半潛三立柱浮式風(fēng)力機，葉片轉(zhuǎn)速受變槳器控制，氣動力增加受限，波浪載荷引起基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)應(yīng)力遠大于氣動力引起的基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)應(yīng)力。
3) 文中半潛三立柱浮式風(fēng)力機基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)損傷主要是由波浪載荷引起，氣動力引起的浮式基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的損傷為10-3量級，而波浪載荷引起的損傷為10-1量級。
本文引用格式：馮士倫, 楊虎, 唐友剛, 等. 波浪載荷及氣動力引起的半潛浮式風(fēng)機疲勞損傷分析[J]. 海洋工程, 2022, 40(5): 19-27. (FENG Shilun, YANG Hu, TANG Yougang, et al. Fatigue damage of semi-submersible floating wind turbine caused by wave load and aerodynamic forces[J]. The Ocean Engineering, 2022, 40(5): 19-27. (in Chinese))作者簡介：馮士倫(1975—)，男，河北辛集人，副教授，主要從事海洋結(jié)構(gòu)與土相互作用和海洋風(fēng)力機結(jié)構(gòu)疲勞等方面的研究。E-mail: shilunfeng@tju.edu.cn
