海上风能是一种丰富的清洁可再生能源,然而海上风能发电机的基础结构所处环境恶劣性,致使其施工困难、建造成本高。因此,海上风机基础结构的经济性、安全性与稳定性成为了当今研究的热点。本文在缺乏国内相应设计规范的条件下,对桩式风机基础结构的强度、稳定性和疲劳寿命进行了研究与分析。本文在选型优化研究的基础上,选用四桩式风机基础结构进行研究。研究包括:环境荷载计算、结构静动力计算分析与疲劳分析。(1)环境荷载主要计算波流荷载和地震荷载。波流力采用五阶stokes波理论和波流共同作用下斜桩受力分析;对于动力分析,采用了文圣常方法计算波浪谱。计算结果发现,波流的水平推力比上部风机水平力大,是结构荷载的重要组成部分。分别采用频域与时域对地震荷载进行了计算与分析。(2)结构静力计算采用ANSYS软件,用pipe16单元模拟杆件,桩土相互作用分别采用固定端约束的六倍桩径法、Combin14线形单元模拟的m法和Combin39非线性单元模拟的p-y曲线法。其中p-y曲线法计算出的结果最大,在缺乏实测资料时,可用于极限荷载状态下的风能发电机基础分析。(3)为了保证风机的正常运行,还需讨论风机的动力分析。模态分析确定其前十阶自振频率在0.35-4.5Hz之间,其中一阶自振频率为0.352Hz;谐响应分析发现,环境荷载均能避免和结构发生共振;波浪与地震的谱响应和时程分析结果表明,结构在此荷载作用下均能保持稳定。(4)由于风机基础的荷载大部分为循环荷载,因而对其进行疲劳寿命分析是必要的。本文利用现有资料,在整体疲劳分析的基础上,采用壳单元shel193将结构进一步优化,将单元细化,进行局部应力集中处的疲劳分析。本文较为详细的阐述了风能发电机桩式基础结构的设计计算过程,较好的完成了课题的要求,对海上风能发电机基础结构的设计具有一定的参考价值。