□曹廣啟

上海電氣風(fēng)能有限公司　上?！?00241

基于NCODE軟件的五樁導(dǎo)管架焊縫疲勞壽命分析

□曹廣啟

上海電氣風(fēng)能有限公司上海200241

五樁導(dǎo)管架是海上風(fēng)機(jī)的基礎(chǔ)形式之一，主要由鋼結(jié)構(gòu)件焊接而成。由于焊縫的疲勞強(qiáng)度低于母材，疲勞破壞通常發(fā)生在焊縫位置處。借助NCODE軟件的虛擬應(yīng)變片，按照挪威船級(jí)社（DNV）疲勞設(shè)計(jì)規(guī)范的要求，通過(guò)選取焊縫區(qū)域的熱點(diǎn)應(yīng)力進(jìn)行插值的方法，求得熱點(diǎn)焊縫焊趾位置處的應(yīng)力譜，然后進(jìn)行焊縫疲勞壽命分析，這是研究復(fù)雜接頭形式焊縫疲勞壽命最有效的方法之一。

海上風(fēng)電相比陸上風(fēng)電具有無(wú)可比擬的優(yōu)越性，近年來(lái)在我國(guó)得到了大力發(fā)展。海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)形式比較多，常見的有單樁基礎(chǔ)、重力式基礎(chǔ)、導(dǎo)管架基礎(chǔ)、樁基—承臺(tái)基礎(chǔ)等［1］。我國(guó)海底淤泥比較深，海床土體承載能力比較差，因此對(duì)于單機(jī)容量比較大的風(fēng)電機(jī)組，基礎(chǔ)形式多選用導(dǎo)管架基礎(chǔ)。筆者選用某項(xiàng)目使用的五樁導(dǎo)管架基礎(chǔ)，進(jìn)行焊縫疲勞壽命分析。五樁導(dǎo)管架由鋼結(jié)構(gòu)件焊接而成，由于焊接是一種復(fù)雜的熱加工行為，即使采取嚴(yán)格的質(zhì)量管控措施，仍然會(huì)存在一些焊接缺陷，加之焊縫的疲勞強(qiáng)度低于母材，在隨機(jī)載荷作用下五樁導(dǎo)管架焊縫位置處會(huì)產(chǎn)生瞬變型和漸進(jìn)型疲勞破壞，使用壽命會(huì)縮短，因此，選擇合理的分析方法對(duì)五樁導(dǎo)管架焊縫疲勞特性進(jìn)行研究是十分必要的。

1　焊縫疲勞壽命分析方法

焊縫疲勞壽命分析方法有名義應(yīng)力法、切口應(yīng)力法和熱點(diǎn)應(yīng)力法［2］。名義應(yīng)力法根據(jù)焊接接頭的形狀和受力特性按照EN 1993-1-9《鋼結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度》選取相應(yīng)的焊接細(xì)節(jié)分類等級(jí)進(jìn)行疲勞壽命分析，不同的細(xì)節(jié)等級(jí)對(duì)應(yīng)不同的S-N曲線（應(yīng)力壽命曲線）［3］。名義應(yīng)力法使用簡(jiǎn)單，但對(duì)于復(fù)雜的焊接接頭很難準(zhǔn)確選取名義應(yīng)力，因而分析結(jié)果的分散性較大，無(wú)法真實(shí)反映焊縫的疲勞特性，在工程領(lǐng)域的應(yīng)用進(jìn)而受到限制。切口應(yīng)力法考慮了焊趾部位局部幾何形狀及大小等細(xì)節(jié)因素對(duì)焊縫疲勞特性的影響，能夠比較真實(shí)地反映焊縫疲勞損傷情況，但該方法對(duì)焊趾部位幾何參數(shù)的選取非常敏感，難以應(yīng)用于實(shí)際的工程項(xiàng)目。

隨著有限元分析法與計(jì)算機(jī)技術(shù)的結(jié)合，出現(xiàn)了采用熱點(diǎn)應(yīng)力進(jìn)行疲勞分析的方法，即熱點(diǎn)應(yīng)力法。該方法選取最大結(jié)構(gòu)應(yīng)力或結(jié)構(gòu)中危險(xiǎn)截面上危險(xiǎn)點(diǎn)的應(yīng)力進(jìn)行計(jì)算分析［4］。焊接接頭受到缺口效應(yīng)的影響，會(huì)導(dǎo)致焊縫焊趾處局部應(yīng)力較大，因此根據(jù)DNV-RP-C203《海上鋼結(jié)構(gòu)疲勞設(shè)計(jì)規(guī)范》［5］，一般將焊趾選為熱點(diǎn)進(jìn)行焊縫疲勞分析。熱點(diǎn)應(yīng)力法對(duì)焊接接頭幾何形狀及尺寸在焊趾處所造成的應(yīng)力集中進(jìn)行分析，忽略焊縫形狀、裂紋及缺口等因素所引起的局部應(yīng)力集中。由于結(jié)構(gòu)的非連續(xù)性，很難用常規(guī)分析方法進(jìn)行確定，采用熱點(diǎn)應(yīng)力法分析時(shí)需要與有限元軟件結(jié)合，對(duì)于選取的熱點(diǎn)區(qū)域，有限元網(wǎng)格必須做細(xì)化處理，從而保證計(jì)算的精度。

2　焊縫熱點(diǎn)選取及S-N曲線構(gòu)建

獲得熱點(diǎn)應(yīng)力及該熱點(diǎn)對(duì)應(yīng)的S-N曲線是熱點(diǎn)應(yīng)力分析的兩個(gè)核心問(wèn)題。一般選用表面外推法來(lái)計(jì)算熱點(diǎn)應(yīng)力，即選取距離焊趾表面一定距離的兩點(diǎn)或三點(diǎn)處的應(yīng)力，進(jìn)行線性或二次插值計(jì)算來(lái)確定。為了準(zhǔn)確捕捉幾何應(yīng)力集中，外推點(diǎn)必須位于焊趾缺口效應(yīng)影響區(qū)以外且距離焊趾足夠近。對(duì)于五樁導(dǎo)管架而言，熱點(diǎn)應(yīng)力通常位于管節(jié)點(diǎn)連接處，根據(jù)DNV-OS-J101《海上風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》［6］，可以利用幾何應(yīng)力區(qū)和焊趾之間進(jìn)行線性插值求得名義上的熱點(diǎn)應(yīng)力，熱點(diǎn)應(yīng)力的插值如圖1所示。

圖1　管節(jié)點(diǎn)熱點(diǎn)應(yīng)力插值法

得到結(jié)構(gòu)熱點(diǎn)應(yīng)力后，必須獲得與之相對(duì)應(yīng)的Shot-N曲線才能對(duì)接頭處焊縫疲勞性能進(jìn)行分析研究，與常規(guī)的S-N曲線不同，Shot-N曲線考慮了接頭類型及幾何尺寸引起的應(yīng)力集中效應(yīng)，因而計(jì)算結(jié)果的分散性較小，能更好地滿足設(shè)計(jì)要求。由于不同行業(yè)對(duì)于結(jié)構(gòu)熱點(diǎn)應(yīng)力的定義及熱點(diǎn)位置的選取有不同的理解，因而目前還沒有統(tǒng)一的Shot-N曲線構(gòu)造標(biāo)準(zhǔn)，經(jīng)過(guò)Maddox［7］的大量試驗(yàn)及多國(guó)船級(jí)社的分析研究，得出Shot-N曲線95%的置信區(qū)間位于“FAT94”以上的位置，“FAT”是國(guó)際焊接協(xié)會(huì)（IIW）所采用的S-N曲線標(biāo)準(zhǔn)，“94”表示該曲線兩百萬(wàn)次疲勞壽命所對(duì)應(yīng)的應(yīng)力幅值為94 MPa。由于FAT94和FAT90非常接近，而DNV推薦的熱點(diǎn)應(yīng)力“D”曲線與FAT90是一致的，美國(guó)船級(jí)社推薦的“D”曲線與FAT90也非常接近，因而目前多采用FAT90作為焊縫熱點(diǎn)應(yīng)力疲勞分析時(shí)的Shot-N曲線，即107次對(duì)應(yīng)的常幅疲勞極限為52.63 MPa，108次對(duì)應(yīng)的截止極限為33.2 MPa。綜合考慮海水腐蝕環(huán)境對(duì)管節(jié)點(diǎn)疲勞壽命的影響，可以得到海水環(huán)境下管節(jié)點(diǎn)Shot-N曲線參數(shù)如圖2所示（圖中m為載荷級(jí)數(shù)）。

圖2　海水環(huán)境下管節(jié)點(diǎn)Shot-N曲線

3　疲勞累積損傷理論及疲勞設(shè)計(jì)因子

目前常用的疲勞累積損傷理論有線性累積損傷理論（Palmgren-Miner準(zhǔn)則）、雙線性累積損傷理論、非線性累積損傷理論、基于熱力學(xué)勢(shì)的累積損傷理論和概率疲勞累積損傷理論?？紤]到各理論模型的復(fù)雜程度及計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性，目前工程應(yīng)用中使用最廣泛的是線性累積損傷理論。

Palmgren-Miner準(zhǔn)則是根據(jù)功能原理推導(dǎo)出的累積損傷計(jì)算公式，該理論假設(shè)構(gòu)件在m級(jí)載荷（σ1，σ2，…，σm）作用下被破壞，各級(jí)載荷循環(huán)次數(shù)為n1，n2，…，nm，即構(gòu)件經(jīng)過(guò)多次循環(huán)后被破壞。設(shè)構(gòu)件破壞時(shí)吸收的凈功為W，各級(jí)載荷下各構(gòu)件吸收的凈功分別為（W1，W2，…，Wm），則W=W1+ W2+…+Wm。設(shè)第i級(jí)載荷單獨(dú)作用下一直到構(gòu)件破壞的循環(huán)次數(shù)為Ni，在不考慮安全因數(shù)時(shí)有：

從式（1）可以看出，Palmgren-Miner準(zhǔn)則沒有考慮載荷順序?qū)ζ诶鄯e損傷的影響，因而有一定的缺陷性。根據(jù)DNV-OS-J101《海上風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》，對(duì)海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)進(jìn)行疲勞壽命分析時(shí)，需要根據(jù)基礎(chǔ)所處的腐蝕環(huán)境引入疲勞設(shè)計(jì)因子DFF（見表1）。五樁導(dǎo)管架腐蝕環(huán)境包含了大氣區(qū)、飛濺區(qū)、全浸區(qū)、沖刷區(qū)及沖刷區(qū)以下，在基礎(chǔ)焊縫疲勞壽命分析時(shí)，疲勞設(shè)計(jì)因子統(tǒng)一取3，考慮疲勞設(shè)計(jì)因子后的疲勞損傷需要滿足式（2）的要求：

4　疲勞載荷

作為海上風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)的五樁導(dǎo)管架不僅需要承受波浪的隨機(jī)載荷，還要受到海風(fēng)和風(fēng)機(jī)運(yùn)行時(shí)的疲勞載荷作用。根據(jù)DNV-OS-J101《海上風(fēng)機(jī)設(shè)計(jì)規(guī)范》，對(duì)于海上風(fēng)電機(jī)組必須同時(shí)考慮風(fēng)波作用下基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的疲勞強(qiáng)度，但是不能簡(jiǎn)單地將二者進(jìn)行疊加，而是必須進(jìn)行耦合處理。風(fēng)機(jī)在海風(fēng)作用下對(duì)下部基礎(chǔ)會(huì)產(chǎn)生一個(gè)隨機(jī)的疲勞載荷，該載荷不僅與海風(fēng)的隨機(jī)特性有關(guān)，還與風(fēng)機(jī)的運(yùn)行工況有關(guān)。波浪對(duì)風(fēng)機(jī)基礎(chǔ)產(chǎn)生的隨機(jī)疲勞載荷受波高、波浪周期等波況的影響。洋流會(huì)影響到海水的動(dòng)水因數(shù)，原則上也需要考慮洋流引起的隨機(jī)疲勞載荷，但多數(shù)情況下洋流流速較小，洋流引起的隨機(jī)疲勞載荷可以忽略。

表1　疲勞設(shè)計(jì)因子

通過(guò)載荷計(jì)算軟件AEROFLEX得到風(fēng)載荷和波浪載荷的時(shí)間序列文件，根據(jù)風(fēng)波的相互關(guān)系進(jìn)行風(fēng)波疲勞載荷的耦合。疲勞載荷的時(shí)間序列文件不僅可以描述某種現(xiàn)象或某些指標(biāo)的歷史發(fā)展規(guī)律，還可以對(duì)未來(lái)的發(fā)展趨勢(shì)作出預(yù)測(cè)［8］，非常適合風(fēng)電機(jī)組的疲勞壽命分析。對(duì)于耦合以后的風(fēng)波疲勞載荷時(shí)間序列文件，可以通過(guò)NCODE軟件的Schedule Create模塊建立各個(gè)疲勞載荷的時(shí)間序列文件循環(huán)次數(shù)，然后通過(guò)DutyCycle模塊進(jìn)行加載使用，NCODE中使用的疲勞載荷時(shí)間序列文件如圖3所示。

圖3　疲勞載荷時(shí)間序列

在AEROFLEX軟件中，各工況模擬的時(shí)間均為600 s，可以分別給出Fx、Fy、Fz、Mx、My、Mz6個(gè)載荷分量的時(shí)間序列文件，每個(gè)載荷工況時(shí)間序列文件中的時(shí)間乘以對(duì)應(yīng)的循環(huán)次數(shù)即為20 a壽命期內(nèi)的疲勞載荷時(shí)間分布情況。由于各工況載荷的時(shí)間序列文件比較大，圖4只列出了CH-dlc12-a1工況在單次循環(huán)時(shí)的Fx-時(shí)間關(guān)系曲線，其中橫軸為時(shí)間（s），縱軸為Fx（kN），圖中Tower h=0.00 m表示塔筒底部與五樁導(dǎo)管架上法蘭的連接面。

圖4　單個(gè)載荷分量時(shí)間序列文件

5　有限元模型的建立

五樁導(dǎo)管架所處海床土壤條件依次為淤泥、淤泥質(zhì)粉質(zhì)黏土、粉質(zhì)黏土、粉土和粉砂5種土壤，海床土體間接影響五樁導(dǎo)管架樁基的承載能力和抗變形能力。以往工程經(jīng)驗(yàn)表明，對(duì)群樁基礎(chǔ)進(jìn)行分析計(jì)算時(shí)，如果將樁基完全固結(jié)是不合理的，必須考慮樁基和海床土體之間的相互作用［9］。根據(jù)海床土體的P-y曲線（其中P為土體反力，y為位移），在ANSYS Workbench軟件中采用非線性彈簧對(duì)海床土體與五樁導(dǎo)管架之間水平方向的相互作用進(jìn)行數(shù)值模擬，五樁導(dǎo)管架樁基底端采用固定約束，最終的有限元模型如圖5所示。

五樁導(dǎo)管架的有限元模型建立完畢后，在ANSYS Workbench軟件中設(shè)置相應(yīng)的載荷步，添加單位載荷進(jìn)行求解，方便后續(xù)疲勞分析工作。由于五樁導(dǎo)管架管節(jié)點(diǎn)比較多，而風(fēng)載荷在疲勞載荷中所占的比重較大，因此綜合考慮五樁導(dǎo)管架相對(duì)于主風(fēng)向的布置情況及疲勞分析的工作量，選取焊縫疲勞損傷最嚴(yán)重的一處區(qū)域作為熱點(diǎn)進(jìn)行疲勞壽命分析，并按圖1所示的管節(jié)點(diǎn)插值方法將有限元模型中的插值節(jié)點(diǎn)提取出來(lái)，如圖6所示。

圖5　五樁導(dǎo)管架模型

圖6　焊縫熱點(diǎn)區(qū)域插值節(jié)點(diǎn)

6　基于NCODE軟件的疲勞分析

根據(jù)五樁導(dǎo)管架管節(jié)點(diǎn)Shot-N曲線，基于最大主應(yīng)力，即MaxPrincipal進(jìn)行第一輪疲勞壽命分析，找出圖6插值節(jié)點(diǎn)中疲勞損傷最嚴(yán)重的5處位置作為熱點(diǎn)，開展進(jìn)一步分析，NCODE疲勞分析流程如圖7所示，焊縫各節(jié)點(diǎn)疲勞損傷結(jié)果如圖8所示，損傷值最大為0.2 318。

圖7　NCODE疲勞分析流程

對(duì)于每個(gè)焊縫熱點(diǎn)位置，在垂直于焊縫方向使用NCODE軟件的Gauges模塊添加2個(gè)虛擬應(yīng)變片，其中熱點(diǎn)1的虛擬應(yīng)變片如圖9所示。

應(yīng)變片添加完畢后，通過(guò)Virtual Strain Gauge模塊可以提取各個(gè)工況在單次疲勞載荷作用下的應(yīng)力譜，熱點(diǎn)1在CH-dlc12-a1工況下的Gauge1和Gauge2虛擬應(yīng)變片位置應(yīng)力譜如圖 10所示。NCODE在提取應(yīng)力譜時(shí)會(huì)根據(jù)載荷時(shí)間序列文件中數(shù)據(jù)量的多少自動(dòng)設(shè)置應(yīng)力譜的時(shí)間步長(zhǎng)，筆者使用的疲勞載荷時(shí)間序列文件時(shí)間步長(zhǎng)為0.1 s，總時(shí)間為600 s，而提取應(yīng)力譜的時(shí)間步長(zhǎng)為1 s，雖然應(yīng)力譜顯示的時(shí)間與疲勞載荷時(shí)間序列文件中顯示的時(shí)間不一致，但總的數(shù)據(jù)量保持不變。

對(duì)5個(gè)熱點(diǎn)位置中各應(yīng)變片在各工況下得到的應(yīng)力譜按圖1所示的插值方法，使用NCODE的Time Series Calculator模塊插值得到各個(gè)熱點(diǎn)位置處的應(yīng)力譜，再通過(guò)RainflowCycle Count模塊進(jìn)行雨流計(jì)數(shù)，可以得到各應(yīng)力譜的雨流圖，其中熱點(diǎn)1在CH-dlc12-a1工況下的雨流圖如圖11所示。雨流計(jì)數(shù)法也稱塔頂法，計(jì)數(shù)原理是把載荷—時(shí)間歷程的時(shí)間軸向下，想象有一塔形屋頂，雨流從內(nèi)側(cè)開始，并繼續(xù)往下流，根據(jù)雨流跡線來(lái)確定載荷循環(huán)。雨流計(jì)數(shù)法最大的優(yōu)點(diǎn)是求得的應(yīng)力循環(huán)與應(yīng)力—應(yīng)變遲滯回線求得的應(yīng)力循環(huán)一致，用雨流計(jì)數(shù)法得到的應(yīng)力循環(huán)求得的疲勞壽命最切合實(shí)際。由于雨流圖代表了應(yīng)力譜的馬爾可夫矩陣，在將應(yīng)力譜轉(zhuǎn)換成雨流圖的過(guò)程中，需要確保各雨流圖的上下限一致，從而便于之后進(jìn)行雨流圖的組合。

圖8　焊縫各節(jié)點(diǎn)疲勞損傷結(jié)果

圖9　熱點(diǎn)1虛擬應(yīng)變片

圖10　熱點(diǎn)1應(yīng)力譜（CH-dlc12-a1工況）

圖11　熱點(diǎn)1雨流圖（CH-dlc12-a1工況）

得到各個(gè)熱點(diǎn)在各工況下的雨流圖后，可以使用NCODE的Schedule Create模塊求得單個(gè)熱點(diǎn)在各工況完整循環(huán)次數(shù)作用下的直方圖組合，具體計(jì)算過(guò)程是：將各工況單次疲勞載荷作用下得到的雨流圖中的統(tǒng)計(jì)數(shù)與圖3中的Repeat Count相乘，得到各工況完整設(shè)計(jì)壽命期內(nèi)的雨流圖，然后使用Histogram Manipulation模塊即可求得單個(gè)熱點(diǎn)在所有工況作用下的雨流圖，熱點(diǎn)1組合后的雨流圖見圖12。

獲得每個(gè)熱點(diǎn)位置在整個(gè)疲勞載荷作用下的雨流圖后，可以借助NCODE GlyphWorks模塊中的SN疲勞分析功能對(duì)焊縫進(jìn)行基于熱點(diǎn)應(yīng)力的疲勞壽命分析。由于平均應(yīng)力會(huì)影響到疲勞壽命，對(duì)于同樣的應(yīng)力幅值，平均應(yīng)力越高，疲勞損傷的累積就越迅速，疲勞壽命也就越短，因此在進(jìn)行應(yīng)力壽命分析時(shí)，必須對(duì)平均應(yīng)力進(jìn)行修正。根據(jù)DNV規(guī)范的要求，在進(jìn)行平均應(yīng)力修正時(shí)常用的是Goodman修正法。Goodman修正法用直線替代實(shí)際疲勞極限應(yīng)力線，從而得到一種簡(jiǎn)化的疲勞極限曲線［10］。該曲線綜合考慮了疲勞應(yīng)力幅、平均應(yīng)力、材料性能等因素的影響，用直線連接縱軸上的對(duì)稱循環(huán)疲勞極限點(diǎn)來(lái)代替實(shí)際疲勞極限應(yīng)力線，并用屈服極限作為應(yīng)力限界對(duì)實(shí)際疲勞極限曲線進(jìn)行塑性修正。目前Goodman修正曲線已廣泛應(yīng)用于疲勞強(qiáng)度設(shè)計(jì)中，如圖13所示。

圖12　熱點(diǎn)1直方圖組合后雨流圖

圖13　Goodman修正曲線

NCODE的S-N疲勞分析流程圖如圖14所示。最終的分析結(jié)果見表2。從表2可以看出，通過(guò)熱點(diǎn)應(yīng)力插值計(jì)算得到的焊縫疲勞損傷值略高于圖8中的結(jié)果，但仍然滿足式（2）的要求。

圖14　NCODE的S-N疲勞分析流程圖

表2　應(yīng)力譜損傷計(jì)算結(jié)果

7　結(jié)論

在進(jìn)行焊接件的疲勞壽命分析時(shí)，研究的重點(diǎn)通常是焊縫的疲勞壽命，而傳統(tǒng)的名義應(yīng)力法由于自身的局限性，有時(shí)很難解決工程實(shí)際問(wèn)題。絕大部分焊接件的焊縫疲勞壽命分析都可以使用熱點(diǎn)應(yīng)力法進(jìn)行，熱點(diǎn)應(yīng)力法求解的關(guān)鍵是熱點(diǎn)應(yīng)力Shot-N曲線的構(gòu)建及熱點(diǎn)應(yīng)力的外推。根據(jù)DNV規(guī)范要求，在進(jìn)行焊縫熱點(diǎn)應(yīng)力Shot-N曲線的構(gòu)建時(shí)，不僅需要考慮焊縫的熱點(diǎn)類型，還需要考慮焊縫所處的腐蝕環(huán)境。焊縫熱點(diǎn)應(yīng)力的外推是一件非常復(fù)雜的工作，借助NCODE的虛擬應(yīng)變片技術(shù)可以很方便地獲得熱點(diǎn)位置的應(yīng)力譜，并使用Shot-N曲線進(jìn)行

焊縫的疲勞壽命分析，在保證分析結(jié)果精確度的同時(shí)，極大地提高了計(jì)算效率。綜上所述，將有限元分析軟件與熱點(diǎn)應(yīng)力相結(jié)合，可以很方便地進(jìn)行各種焊縫疲勞壽命的分析。

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5-pile jacket is one of the basic foundation forms of offshore wind turbines，that is welded mainly by steel structured pieces.As the fatigue strength of the weld seam is lower than the parent metal endurance failure usually occurs at the location of the weld seam.With virtual strain gauge of software NCODE and in accordance with the requirements of DNV（Det Norske Veritas）fatigue design specifications，the stress spectrum at the weld toe of hotspot seamcould be obtained by interpolating the hotspot stress of the selected weld zone，and then，perform weld fatigue life analysis.The method above is one of the most effective methods to study weld fatigue life of complicated joints.

五樁導(dǎo)管架；NCODE軟件；虛擬應(yīng)變片；熱點(diǎn)應(yīng)力；疲勞壽命；分析

5-Pile Jacket；Software NCODE；VirtualStrain Gauge；Hotspot Dtress；Fatigue Life；Analyses

TH123；TK83

A

1672-0555（2016）02-051-08

2016年1月

曹廣啟（1984—），男，本科，工程師，主要從事風(fēng)力發(fā)電機(jī)組塔筒的研究工作