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1. 研究目的与意义（文献综述）

1研究目的及意义

随着社会经济的发展和人民生活水平的提高，人们越来越多地在满足物质需求的基础上呼唤新能源与环境保护，拥有清洁的能源和适合生存的环境日益成为一种需求常态。在自然环境受到严重破坏的情况下，新能源产业的产生与发展是社会发展的必然。科技快速发展，以风能为主要清洁能源的新能源得到不断的开发，人们的生活深受其益，风力发电在世界各国的发展速度也在加快。相对于太阳能、核能等能源，由于风能在发展上呈现出生产规模不断扩大、转化效率相比优势明显、技术发展速度快等优势，以至于能够满足资源开发的需求。风能成为具备很好发展前景的朝阳产业，全球风能发电行业快速发展，产能不断增加，中国风电产能也紧跟其后，诸如海上风机等能源开采平台也得到了大规模建设。桩基因具有高承载力、快施工速度、小沉降量等优点，使得桩基在基础建设中被普遍推广应用，其在荷载作用下的动力特性也得到了广泛关注，在风电安装过程中得到广泛应用。此外，众所周知，海上建筑物在服役期间常受到多种荷载共同作用，诸如风荷载、地震荷载等动力荷载，这些都使得桩基的受力形式更为复杂。

管桩是20世纪中期以来得到大规模推广的一种新型桩基础，被广泛应用于建筑基础、公路建设、海上平台基础等工程建设领域，其最明显的特征为截面中空。管桩主要包括钢管桩、预应力混凝土管桩、预应力混凝土薄壁管桩等。相较于传统实心桩，管桩具有明显的优势，其抗弯性能较好、单桩承载力高、施工工艺简单、成本优势明显、质量更轻便于运输等等。由于海上能源开采平台建设所处环境特殊，对结构基础强度和运输施工等方面具有更加严格的要求，钢管桩凭借其自身优势成为海上平台建设中最主要的基础形式。而管桩因其截面中空的特点，在地震波作用下受力情况较实心桩更加复杂，影响因素更多，传统的桩基动力学研究中关于管桩的动力响应研究还存在较大的空白，仍然处于半经验半理论阶段，在管桩基础大规模应用的背景下成为亟需解决的问题。管桩为较为典型的圆柱壳结构，因此拟以水下钢制圆柱壳为研究对象，考虑桩体在风电安装沉桩过程中可能受到的地震、船舶撞击、波浪力、暴风及漂冰等冲击荷载的作用，对壳体的固有振动特性进行分析。由于冲击荷载具有突发性和瞬态性，与静载和简谐荷载产生的静动力响应相比，其作用机理更难掌握和预测。因此对风电安装沉桩过程中的桩体振动传递特性的研究有巨大的意义，本论文拟基于有限元等方法，分析、模拟、计算出风电安装沉桩过程中的桩体振动传递特性，得出结论。

2研究现状

结构固有特性的分析方法有很多，包括当今应用广泛的有限元法（fem），能高效计算链式结构的传递矩阵法（tmm），将二者结合起来的有限元传递矩阵法（fetmm）以及常用于瞬态应力分析的特征线方法（moc）等。其中，fetmm是由dokanish在1972年提出的，该方法将fem和tmm联合起来进行结构的分析，拓宽了传统tmm的研究范围并改善了fem在使用过程中计算效率较低的问题。fetmm处理复杂结构时既具有fem的优点，又兼备tmm的高效率。

2. 研究的基本内容与方案

3研究（设计）的基本内容、目标、拟采用的技术方案及措施

3.1研究内容

基于有限元法，对风电安装沉桩过程中桩体振动特性的进行计算分析。本文以水下钢制圆柱壳为研究对象，对壳体的固有振动特性进行分析，讨论稳态激励、冲击激励下桩体的振动规律，开展圆柱壳体结构的声振特性分析。

3.2研究目标

风电安装沉桩过程中桩体经常要承受诸如地震、海浪等动态激励的作用，因此针对沉桩过程中桩体的振动传递特性的分析有较高的研究价值。本研究拟基于有限元方法对壳体的固有振动特性进行分析，讨论稳态激励、冲击激励下桩体的振动规律，开展圆柱壳体结构的声振特性分析。

3.3技术方案

针对典型钢制细长圆柱壳桩体结构，采用有限元软件abaqus对流体中的圆柱壳结构进行动力学模型建立。针对水下钢制充液圆柱壳结构，采用有限元软件abaqus对其振动特性进行计算。包括圆柱壳桩体结构的干模态（固有频率、振型）、外侧有水时湿模态（固有频率、振型）、内外有水时湿模态（固有频率、振型）。采用有限元软件abaqus对稳态轴向激励下的圆柱壳桩体结构的稳态振动进行计算分析。讨论了结构参数、激励力偏心及嵌入饱和土介质深度等对圆柱壳振动特性的影响研究。采用有限元软件abaqus对瞬态冲击激励下的圆柱壳桩体结构的瞬态振动进行计算分析。讨论了结构参数、激励力偏心及嵌入饱和土介质深度等对圆柱壳振动特性的影响研究。

3. 研究计划与安排

5进度安排

4. 参考文献（12篇以上）

6参考文献

[1]王鹏,李天匀,朱翔.声介质对有限潜深圆柱壳自振特性的影响机理分析[j].中国造船,2019,60(03):35-45.

[2]官文杰,吴文兵,蒋国盛,梁荣柱,徐宝军.低承台管桩纵向自由振动特性分析[j].振动与冲击,2019,38(17):32-44.

[3]庞福振,彭德炜,李海超,田宏业,单衍贺.圆柱壳结构受迫振动特性分析[j].振动与冲击,2019,38(16):7-13.