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博碩士論文 etd-0121118-143348 詳細資訊
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論文名稱
Title
離岸風機結構動力特性之改良研究
Study on Improvement of Dynamic Characteristics for Offshore Wind Turbine Structure
系所名稱
Department
畢業學年期
Year, semester
語文別
Language
學位類別
Degree
頁數
Number of pages
131
研究生
Author
指導教授
Advisor
召集委員
Convenor
口試委員
Advisory Committee
口試日期
Date of Exam
2018-01-30
繳交日期
Date of Submission
2018-02-21
關鍵字
Keywords
結構振動、單樁基礎系統、混合式基礎、離岸風電、剛架基礎系統
Monopile system, Offshore wind turbine, Frame foundation system, Hybrid structural system, Structural vibration
統計
Statistics
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中文摘要
離岸風力發電在近年來為熱門話題,為了應對未來可能發生的能源危機,世界各國皆建立起各自離岸風場來取代火力、核能等發電,本研究將針對國外最常見之基樁型式-單樁基礎,並對其添加剛架系統進行數值模擬,再利用混合系統之型式結合單樁基礎之勁度,將其進行優化並模擬及分析。
為探討離岸風機在受外力之情形,本研究利用Newmark-β方法計算基礎於海中受波浪作用、塔架受風力作用之位移、速度及加速度變化。波浪力使用Morison Equation經驗公式,風力則使用結構物受風設計規範進行設計。
本研究將上述之方式結合MATLAB(Matrix Laboratory)的矩陣運算模式,針對三種型式之離岸風機基礎進行模擬計算,並在兩種不同波浪、風條件下,分別探討離岸風機塔架及基礎隨時間之動力變化行為。
Abstract
Offshore wind turbine has been a popular topic in recent years, in order to cope with possible energy crisis in the future, every country in the world has set up offshore wind farms to replace power plant such as thermal power and nuclear power. This study is aim to the most common forms of foundations – monopole, and add a rigid frame system for numerical simulation, then use the form of hybrid system combined with the stiffness of the monopile foundation, to optimize and simulate analyze.
In order to probe into the offshore wind turbine under the environmental force, this study make use of the Newmark-β method to calculate the displacement, velocity and acceleration of wind force loads on the tower or the wave force loads on foundation. Wave force using empircal formula Morison Equation ,and the wind force is useing the design wind force by the structure of wind-resistant gauge theory.
This study combine the above method with the MATLAB (Matrix Laboratory) for matrix operation, and were aimed at offshore wind turbine foundation of three different forms to simulate. Under two kinds of wave and wind conditions, this study were evaluated the dynamic response with time of offshore wind turbine tower and foundation separately.
目次 Table of Contents
目錄
論文審定書 i
誌謝 ii
摘要 iii
Abstract iv
圖次 viii
表次 xi
第一章 序論 1
1.1 前言 1
1.2 研究動機與目的 2
1.3 本文架構 7
第二章 理論分析及數值方法 9
2.1 數值分析理論 9
2.1.1 運動方程式 9
2.1.2 波浪力計算式 9
2.1.3 設計風力計算式 11
2.2 海洋結構物的物理特性 16
2.2.1 結構物桿件之質量 16
2.2.2 結構物之勁度矩陣 18
2.2.3 集中質量 23
2.3 數值分析方式 24
2.3.1 Newmark-β 方法 24
2.3.2 特殊情況 25
2.3.3 非迭代公式 28
第三章 數值模式建構 31
3.1 MATLAB軟體介紹 31
3.2 離岸風機模擬尺寸及波浪條件 33
3.3 數值模擬程式建立 37
3.3.1 初始條件 37
3.3.2 有限元素法 37
3.3.3 勁度矩陣 40
3.3.4 時間步長 42
3.3.5 必要參數 42
3.3.6 線性Newmark-β 方法 45
3.3.7 結果輸出 47
3.3.8 圖表呈現 47
第四章 結果與討論 50
4.1 單樁式風機 50
4.1.1 質量與勁度矩陣 50
4.1.2 作用力 52
4.1.3 位移 55
4.1.4 速度 58
4.1.5 加速度 61
4.2 混合式風機 64
4.2.1 質量與勁度矩陣 64
4.2.2 位移 66
4.2.3 速度 69
4.2.4 加速度 72
4.3 改良式風機 75
4.3.1 改良風機之流程 75
4.3.2 質量與勁度矩陣 76
4.3.3 位移 77
4.3.4 速度 80
4.3.5 加速度 83
第五章 結論與建議 86
5.1 結論 86
5.2 建議 88
參考文獻 89
附錄A 92
A.1 必要參數表 92
A.2 MATLAB程式碼 94
A.2.1 Newmark-β方法之副程式 94
A.2.2 波浪力計算之副程式 95
A.2.3 風力計算之副程式 98
A.2.4 模擬運算主程式 101
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