哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
摘要
渤海地区拥有丰富的海上风能资源，在我国当前可再生能源开发利用中处
于重要战略地位。然而在渤海地区，海上结构物可能会面临许多自然灾害的挑
战，包括海啸、地震、海冰、船只冲撞等等。其中海上风机导管架结构在使用
过程中经常遇到海冰灾害的影响，海冰是渤海海域导管架基础的主要控制荷载，
尤其是在春季融冰期，冰排和浮冰与导管架之间的相互作用会对结构的安全性
造成诸多挑战。本论文针对大冰排和浮冰与导管架结构之间的挤压、碰撞等问
题进行展开分析，采用统计调研和数值模拟的方法，将海冰模型与导管架模型
进行耦合仿真，对碰撞过程中冰力的变化、位移响应、速度响应、加速度响应
等进行分析评估，本研究为海上风机导管架的设计和安全评估提供了一定的参
考依据。本文主要进行了以下几个方面的研究工作。
（1）开展我国渤海海域冰情的整理分析，通过对已有的海冰物理力学性质
数据和海冰撞击力影响因素的调研，利用HyperMesh软件进行几何建模，并把
划分好的网格模型导入LS-DYNA程序中进行海冰和风机导管架结构材料参数
设置，构建合理的海冰碰撞风机导管架计算模型。
（2）基于对海冰撞击海上结构物破坏方式作用机理的整理和分析，选取
LS-DYNA中合适的动态接触算法和碰撞模型，分析导管架结构在随机振动下
的应力应变、运动状态及碰撞冰力。其中包含两大类工况，分别是只有初速度
的冰排和设置速度曲线具有持续速度的冰排及碎冰。
（3）通过对应力应变图的初步观察和数据中最大应力可能出现位置的对
比，考虑导管架用钢的材料失效准则，重点分析几个在撞击过程中可能出现最
不利情况的节点位置，在风机导管架结构上选择着重讨论这几处位置的撞击力
及动力响应。
（4）通过对海冰尺寸、物理力学性质参数、海冰厚度、漂移速度、撞击角
度等方面确定海冰与导管架结构的碰撞情景，设置多种不同的工况，模拟应力
最大位置、冰碰撞力、位移响应、速度响应、加速度响应等方面探究海冰撞击
对海上风机导管架结构的影响。
关键词：海上风机；导管架结构；海冰碰撞；冰力分析；动力分析
-I-
哈尔滨工业大学工程硕士学位论文
Abstract
TheBohairegionhasabundantoffshorewindenergyresourcesandiscurrently
inanimportantstrategicpositioninthedevelopmentandutilizationofrenewable
energyinChina.However,intheBohairegion,offshorestructuresmayfacemany
challengesfromnaturaldisasters,includingtsunamis,earthquakes,seaice,ship
collisions,andsoon.Theoffshorewindturbinejacketstructureoftenencounters
theimpactofseaicedisastersduringuse.Seaiceisthemaincontrolloadforthe
foundationofthejacketintheBohaiSeaarea,especiallyduringthespringmelting
iceperiod.Theinteractionbetweenicesheetsandfloatingiceandthejacketcan
posemanychallengestothesafetyofthestructure.Thispaperanal