海上随机风速作用下风力机叶片动力响应分析

通过自行编制的Davenport风谱程序建立了更加贴近实际工况的风场,以UG建立的叶片三维实体模型为研究对象,对海上随机风速作用下风力机叶片的位移和应力响应进行了数值模拟与分析.结果表明:叶片最大挥舞振幅及其承受的最大Mises应力均随平均风速的增加而增大;最大挥舞振幅沿翼展方向呈非线性增大趋势,并在叶尖处达到振幅最大;最大Mises应力出现在叶片中部靠近前缘的位置,而在叶根和叶尖部位相对较小.     

基于蒙特卡洛模拟法的输电塔架结构可靠度分析

为进一步研究输电塔架结构可靠性问题,以可靠度基本理论为理论基础,利用MATLAB软件中多项式稳健拟合工具对考虑风荷载和覆冰荷载下的功能函数进行拟合,得到了塔架结构失效的功能函数。拟合结果表明,塔架的最大位移随着风速和覆冰厚度的增大而增大,且风速较覆冰厚度在塔架可靠度分析中具有更高的敏感性。然后,基于蒙特卡洛模拟法计算不同工况下输电塔架结构的可靠度。最后,分析了变量相关性,发现随着相关系数的增大,可靠指标减小,且两者呈线性关系。     

3/4球形充气膜结构力学特性研究

为研究3/4球形充气膜结构力学特性,利用现有的该类充气膜结构风压试验资料,采用ANSYS软件对充气膜结构进行非线性有限元数值模拟,研究风载作用下膜材的最大应力、最大位移与内外压比、风速、半径之间的关系,讨论其主要受力特性与变形特征,并拟合出结构控制位置处最大应力和最大位移的计算公式。结果表明,内压与半径是影响该类充气膜动力特性的主要因素,结构自振频率随内压的增大而增大,随半径的增大而减小;风载作用下,结构控制位置处的位移和应力随气膜半径和风速的增大而增大。     

薄壁钢管输电塔架风载响应研究

结合吉林省某地架设薄壁型钢输电塔架的设计中塔架的风扰力响应进行研究,确定了基本风压,并对风的特性进行讨论,采用ＳＡＰ８４软件计算了薄壁钢管塔架的特征和平均风作用下塔架顺风向响应。结果表明薄壁钢管塔架基底弯矩和顶点位移均小于热轧角钢塔架。     

交通荷载作用下埋地管道的三维力学性状分析

针对埋地PE管道采用ANSYS商业软件建立了移动恒定荷载作用下三维力学模型,基于新建模型监测了行车荷载作用过程中埋地管道关键位置处竖向位移以及Mises应力的时程响应,分析了移动恒定荷载作用下车行道下方埋地柔性管道的力学性状以及不同结构层的力学性状.研究结果表明:(1)管道纵向上最大力学响应出现在行车荷载作用点正下方的管道顶部,任意横截面上,竖向位移以及Mises应力的最大值均位于管道顶部;(2)监测点与荷载作用点间距离越小,管道监测点处的力学响应越大;(3)管道纵向长度方向上管顶的竖向位移和Mises应力的最大值出现在道路两端,管道中间部位最大力学性状差别不大;(4)埋深较浅的结构层受移动荷载影响程度较大,随着埋深增加,受影响程度快速降低.     

内外圈油沟几何尺寸对轴承等效应力和最大正交剪切应力的影响

针对如何选择合适的轴箱轴承油沟尺寸的问题,文章利用HyperMesh软件根据轴箱轴承径向载荷分布情况建立了轴承有限元模型,通过有限元法分析轴承油沟在滚道方向的尺寸L（L为1.2、1.5、1.8、2.1、2.4和2.7 mm）对轴承Von Mises应力和最大正交剪切应力的影响。结果表明:轴承油沟在滚道方向的尺寸L变化时轴承各部分的Von Mises应力变化范围和变化率均不相同;L为2.1 mm左右时既可以提供润滑,减少磨损,同时又能够降低轴承各部分的Von Mises应力;轴承内圈的最大正交剪切应力明显高于轴承外圈和滚子的最大正交剪切应力;L为2.1 mm时可最大程度降低轴承的最大正交剪切应力,提高轴承的疲劳寿命。     

屋顶安装型风力机塔架风振反应分析

为了研究屋顶安装型风力机塔架在风荷载作用下的动力性能,对该塔架进行风振时程反应分析.建立考虑叶片传至塔架作用力的塔架振动方程,采用引入快速傅里叶变换(FFT)技术的谐波叠加法分别模拟得到叶片和塔架的风速时程,利用叶素理论计算叶片传至塔架作用力.研究屋顶集风效应和叶片旋转对此类风力机塔架风振反应的影响.结果表明考虑屋顶集风效应后塔架的风振反应有一定增强;叶片旋转情况下塔架位移和弯矩显著增加.     

基于细观结构的沥青碎石封层路面力学行为分析

为了认识沥青碎石封层的力学行为与破坏机理,采用有限元软件建立沥青碎石封层细观结构二维有限元模型,分析在竖向荷载作用下封层内部细观结构应力、应变和位移的力学行为特性。分析结果显示：轮迹内侧边缘碎石竖向位移最大,偏转角度最小;相反,轮迹外边缘碎石偏转角度最大,并向两侧逐渐递减。沥青层内的水平应变主要为压应变,轮迹外侧沥青和胶浆层接触面上剪应变最大。黏结层的水平变形、剪切变形均不同程度大于沥青层,黏结层与胶浆层交界处具有最大等效Mises应力,易发生剪切破坏。胶浆层的中心主要为受压变形,胶浆层两侧边缘处主要表现为较高剪切变形。     

压痕对不锈钢材料表面残余应力的影响

为研究自动球压痕过程残留压痕残余应力分布情况,以压力容器常用的奥氏体不锈钢板材S30408、S32168、 S31603 和 S30403为对象,通过常规拉伸试验获得材料的本构关系及自动球压痕试验获得压痕过程的载荷-位移曲线,采用有限元软件ABAQUS进行模拟。试验结果表明:压头卸载后,压痕凹坑底部材料承受的残余压应力达到最大,Mises应力状态下最大残余应力约为700 MPa左右,压痕残余应力影响范围在受压面上大约占球形压头半径的1.3%。同时,对材料施加一定大小的外载荷拉应力,研究残余应力和外载荷共同作用下压痕周围材料的应力分布状况,结果显示最大叠加应力出现在压痕材料堆积区域,但是应力影响区域很小,影响深度为所受影响平面半径的6%以内。     

反应谱法与时程分析法抗震分析对比

为了研究反应谱法与时程分析法的地震响应对比分析,采用ABAQUS有限元分析软件对多层钢框架结构中的一榀钢框架建立计算模型,比较反应谱法和时程分析法在多层钢框架下的结构顶层位移、最大层间位移、层间位移角和Mises应力值等地震响应.通过计算及模拟可知,由反应谱法得到的结构顶层位移是时程分析法的1.09倍,前者的最大层间位移及层间位移角是后者的1.07倍.结果表明,反应谱法和时程分析法在多层钢框架下的地震响应均符合规范要求,反应谱法计算的地震响应比时程分析法的地震响应大,反应谱法得到的地震响应偏于安全.分析结果为多层钢框架的抗震方法提供了理论支持.     

8 MW风机塔筒振动响应分析

为获取8 MW风机塔筒的振动响应特性,建立了塔筒的有限元分析模型,对塔筒开展了模态分析、谐响应分析和瞬态响应分析。模态分析结果表明,塔筒的前四阶模态振型均为弯曲振动,风机工作在额定转速时,塔筒不会发生共振。谐响应分析结果表明,当载荷频率为0～2 Hz时,塔筒频域响应曲线存在2个共振频率,分别对应塔筒的第一阶模态频率、第三阶模态频率;塔筒发生三阶共振时,塔筒顶部Z向的位移超过4.5 m,已处于非安全工作状态,在工作中要避免出现。瞬态响应分析结果表明,在允许的工作风速范围内,塔筒的最大位移和最大应力变化不明显;在极限载荷工况下,塔筒的最大位移和最大应力显著增加,塔筒不会发生强度失效。     

风载对某传输塔影响的研究

首先通过MARC软件建立传输塔模型,并对其进行模态分析,求出结构的基本自振周期;然后,利用MARC软件求出传输塔在只承受自重和电缆载荷情况下的应力和位移,并找出危险点;最后,将传输塔分层,根据风载荷的计算机理和有限元理论,用MARC软件对传输塔在各级风载荷作用下的情况进行静力分析。根据应力、变形情况观察危险点,并将在各级风载作用下的结果与无风载荷时进行比较,得出结论。     

塔影效应对风力机尾迹影响的数值分析

选用NREL 5 MW风力机,采用FLUENT软件对塔筒式和桁架式两种塔架的风力机整机进行了非定常数值模拟。结果表明:桁架受到的升力和阻力都远小于塔筒,桁架式的结构更有利于自身安全;气流在通过桁架后的速度梯度和湍流强度都大于塔筒式风力机,而不同截面的速度都略小于塔筒式风力机。因此,桁架式风力机的布置间距要考虑略大于塔筒式风力机的布置间距。     

基于ANSYS的风力机起动过程仿真

采用自行开发的软件对风力机叶片气动外形进行优化设计,得到叶片外型参数.将数据导入Pro/E,对叶片进行叶片三维实体建模.应用ANSYS有限元软件,对风力机起动过程中叶片的应力分布进行研究,得到风力机叶片在不同起动时间下、不同额定转速下的应力随时间的变化关系.研究表明:叶片上应力增加的速度随起动时间、额定转速的增大而增大,但叶片上的应力的最大值不变.     

综合考虑风剪切塔影效应的脉动风速模型

风速是影响风机输出功率的重要因素。运用谐波叠加法在Matlab软件中进行仿真建模和分析,建立脉动风作用下的模型,并使用Von Karman目标功率谱对模拟风速谱进行校核,以保证风速时程曲线的准确性。通过分析风机风轮和塔架等特点,阐述了风速和方位角的关系。综合考虑脉动风、风剪切和塔影效应对轮毂风速、平均风速的影响,通过分析风轮扫掠面上各点的风速动态模型,得到模型时空分布特性。结果表明,该模型既考虑自然风的突变性和不确定性,又考虑了风机自身结构特性引起的风速周期性波动,能够理想的反映实际风速,对于模拟风机运行状况具有直接意义。     

风力发电机叶片建模及有限元分析

选取小型风力发电机叶片为研究对象,根据翼型参数和叶片几何参数,利用相应的建模软件,生成三维模型.然后将其导入有限元分析软件ANSYS中,建立有限元模型.通过施加风力载荷,对叶片的多种应力及位移进行了分析,并与其材料拉伸强度和安全位移进行了比较,实验结果验证了叶片有限元建模的有效性及叶片在实际工作中的安全性.     

钢筋混凝土风力发电高塔数值分析

风能是一种清洁无污染的可再生资源,风力发电技术方兴未艾。目前,国内外已建的风力发电高塔主要采用钢锥筒塔形式,而关于钢筋混凝土塔体的研究与设计资料则较为缺乏。随着风机功率的提高,需要风力发电塔具有更大的塔身高度,而钢筋混凝土塔体无论在技术方面还是在经济指标方面都将表现出更大的优越性。本文以实际工程为背景,根据某钢筋混凝土风力发电高塔,采用有限元技术分析了该塔在塔顶静力荷载作用下的受力行为,比较了采用不同的有限元建模方式所得到的数值结果,分析了塔身开洞对钢筋混凝土塔体的受力行为的影响,验证了设计的合理性,为今后我国混凝土风力发电塔的设计与建造提供参考。     

基于流体脉动理论的漂浮式风力机平台纵摇运动控制策略

在流体脉动理论作用下,对张力腿式漂浮式风力机平台的纵摇运动进行分析,提出一种通过给变桨动作施加主动阻尼的控制策略,设计在不影响电功率输出的情况下的反馈控制系统,利用FAST软件对NREL提供的5 MW张力腿式漂浮式风力机进行建模,并与MATLAB/Simulink软件进行联合仿真。仿真结果表明,在流体脉动理论下设计的反馈控制系统不仅能降低塔顶的纵摇位移、叶轮转速和电功率输出波动,也能在一定程度上降低塔基处的纵摇力矩,对延长塔筒的寿命起到一定的作用。     

基于塔筒力学性能的风机维修起重平台基本参数设计

目的分析风机维修起重平台对风机塔筒的影响,为平台基本参数的设计提供依据．方法通过对塔筒受力进行静力学分析,得到风机维修起重平台自质量和悬挂平台的缆绳合力方向对塔筒的影响;通过计算塔筒稳定性得到平台自质量的极限值;通过对塔筒进行动力学分析得到塔筒固有频率、模态和谐响应曲线．结果风机维修起重平台自质量和悬挂平台的缆绳合力方向与风机塔筒强度、总体变形成正比例关系;在限制风机维修起重平台自质量前提下,塔筒能够满足稳定性要求;在0～10Hz频率段内塔筒谐响应曲线出现两处波峰即产生共振的频率点．结论悬挂平台的缆绳合力方向与塔筒中心线之间的夹角须小于40°,平台自质量须小于78t,各部件固有频率应避开塔筒各阶固有频率区域,分析结果对风机维修起重平台的基本参数设计工作有重要意义．     

风剪切对风力机设计的无关性分析

根据指数律的风速分布函数,对风轮扫掠面积上的实际风功率与以风轮中心风速为设计风速产生的风功率的差值做精确计算,得到了风功率的增量。在四类廓线指数、七种塔架高度情况下,利用数值积分方式计算得到的结果表明,采用风轮中心风速做为单一的设计风速是切实可行的,风剪切对于风力机的气动设计基本无关。