风电机组中空夹层钢管混凝土塔筒钢板稳定性能研究

为研究风电机组中空夹层钢管混凝土塔筒钢板在轴压荷载作用下的稳定性能,完成了1片中空夹层钢管混凝土塔筒缩尺试件的轴压试验,得到了内、外钢板的局部失稳破坏模式及稳定性能承载能力。采用ABAQUS建立了试件的有限元模型,模拟结果与试验得到的破坏模式和荷载-位移曲线吻合良好在此基础上进一步开展了有限元参数分析,研究了钢板曲率半径、钢板屈服强度、钢板厚度、栓钉竖向间距等参数对中空夹层钢管混凝土塔筒钢板在轴压荷载下峰值强度的影响规律,并对比了参数敏感性以找出关键设计变量,为构件设计方法的研究奠定基础:以期推动基于边缘加劲组合壳体的新型风电混合塔筒在工程中的应用。     

基于不同单元的风力机塔筒受力分析

塔筒作为风力机的主要承重结构,在风力机工作过程中承受着复杂的荷载,基于有限元方法分析其力学特性成为了必要的手段。为提高有限元计算精度和对复杂结构分析的准确性,文中基于GH-Bladed计算了某5 MW风力机在25 m/s风速下的荷载,并基于ABAQUS有限元软件分别采用梁单元、壳单元和实体单元建立了风力机塔筒有限元模型,并进行了动力特性及静力响应分析。对比研究了不同有限元模型的动力特性和荷载响应,总结归纳了三种有限元单元对分析结果的影响规律。结果表明,采用不同单元建立风力机塔筒模型对其分析结果有着不同的影响,针对不同分析目标应选择合理的有限元模型。     

拼腔组合结构风机塔筒系统气动响应性能分析

风电资源开发空间的高度及机组容量日益提高,超高塔筒技术得到广泛研究。本文提出一种适用于陆上风电塔筒结构方案的新型拼腔钢-混凝土组合结构风机塔筒,基于风力机系统气动理论,建立了高140m的4.5MW风力机塔筒数值模型,对其在风载下的动力响应进行了数值模拟,并分析了各参数对结构动力特性的影响规律。结果表明:土壤和基础的耦合作用对塔筒系统的频率及模态阻尼比影响较小;风机塔筒的频率、塔顶位移和加速度响应均能满足规范要求;随着风速增大,塔筒顶部位移减小,加速度增大;结构阻尼比对顶部位移的影响较小,而对顶部加速度的影响较明显。研究结果可为塔筒结构风洞试验提供理论依据。     

风力发电钢塔简的荷载计算方法和荷载组合研究

目前我国相关规范和规程尚没有对风力发电钢塔筒给出具体的荷载计算方法。本文分析研究了风力发电塔筒的荷载作用特点,总结了风力发电钢塔筒的荷载计算方法和荷载组合。对水平气动荷载公式进行了修正,并提出了修正系数0．4。通过对某MW级风力发电塔筒的力学性能进行有限元分析,提出了塔筒设计时可变荷载中的第一可变荷载和最不利工况。     

小型风力机塔筒减振环减振控制的研究

小型风力机在风轮起动至额定转速或者由额定转速降至起动状态的过渡区间有共振点,如果共振持续较长的时间,就会造成严重的事故。本文依据小型风力机塔筒的结构形式和共振特点,研制了小型风力机防共振的减振装置—减振环,对小型风力机塔筒进行减振控制。在无减振环和有减振环两种情况下,分别对一小型风力机塔筒进行了水平正弦荷载作用下的时程分析,以考察减振环对小型风力机塔筒的减振效果。结果表明,减振环的减振效果达到70%以上,减振效果明显。减振环的研制填补了小型风力机减振装置的空白,为小型风力机塔筒振动控制的理论研究和工程设计提供有价值的参考。     

风力发电钢塔筒的荷载计算方法和荷载组合研究

目前我国相关规范和规程尚没有对风力发电钢塔筒给出具体的荷载计算方法。本文分析研究了风力发电塔筒的荷载作用特点,总结了风力发电钢塔筒的荷载计算方法和荷载组合。对水平气动荷载公式进行了修正,并提出了修正系数0.4。通过对某MW级风力发电塔筒的力学性能进行有限元分析,提出了塔筒设计时可变荷载中的第一可变荷载和最不利工况。     

大跨越输电塔群桩基础有限元分析

输电塔-线体系是重要的生命线工程,桩基础作为输电线路工程主要的基础形式,确保其设计合理、可靠对保证输电塔-线体系安全、稳定的运行具有重要意义。本文以某跨越黄河大跨越线路为背景,运用SAP2000有限元软件建立了三维有限元模型。研究了不同风荷载工况下群桩基础反应以及连梁对群桩基础工作性能的影响,得到了最不利荷载的方向,确定了风荷载和动水荷载的最不利组合工况。研究结果可以为该实际工程中群桩基础的设计和优化提供参考。     

真空挤出机绞刀轴的流场分析及其设计改进

以JKY95-65/60型真空挤出机为研究对象,利用ANSYS软件的APDL建立了真空挤出机挤出段泥料流场的几何模型,并在ANSYS的Flotran模块中对流场进行了有限元模拟分析,得到了泥料的压力分布情况.然后根据得到的压力分布规律对Workbench中绞刀轴有限元模型进行加载和分析,得到了工况下绞刀轴的von-Mises等效应力、扭转切应力以及变形云图,找到了绞刀轴缺陷存在的原因.最后通过形状改进得到了符合工况安全性要求的绞刀轴模型.有限元分析对真空挤出机的绞刀轴设计有一定的指导意义,可以缩短产品设计周期并减少设计成本     

某双曲线冷却塔有限元分析与设计

采用通用有限元分析与设计软件MIDAS/gen,建立双曲线冷却塔的有限元模型,采用弹性支座模拟基桩、环形基础与上部结构的共同作用,计算冷却塔支柱、塔筒在自重、风荷载、温度作用等荷载作用下的应力及变形,分析冷却塔在不同工况作用下的力学性能,并根据计算内力对构件进行配筋设计,可供类似工程参考。     

考虑不同边界约束条件下的风电机塔架固有频率分析

为了准确分析地基土刚度和基础本身刚度对风力发电机塔架动力特性的影响,利用大型通用有限元软件ANSYS对某风力发电机塔架分别建立塔筒有限元模型和塔筒及基础的整体有限元模型,对塔架进行模态分析：考虑不同的边界约束条件,包括塔筒底部刚接、混凝土基础底部刚接、基础底部和侧面均刚接、基础底部刚接侧面约束两个水平方向、基础底部加扭转和竖向弹簧、基础底部加扭转和竖向弹簧并且侧面加水平向弹簧几种模型,确定其固有频率和振型。有限元模型中,机舱质量和叶轮质量以质量单元方式加于塔筒顶部。不同约束条件下的固有频率计算结果显示,地基和基础的弹性对整体结构固有频率有一定影响,是否考虑地基土刚度和基础本身刚度的计算结果的差别为11.6%。这表明在设计中,宜考虑基础本身刚度和地基土刚度对风电机塔架动力性能的影响。最后将塔架固有频率与叶片转动频率1p（1个叶片）、3p（3个叶片）进行比较,结果显示塔架固有频率与1p上限值非常接近,对塔架系统动力特性较为不利。     

预应力装配式高耸风电塔架受力性能研究

预应力装配式高耸风电塔架下部为预制装配式混凝土塔筒,上部为钢塔筒,上端锚固于法兰环,下部锚固于基础内部。在风电塔架体内沿环向均匀布置竖向预应力拉索,张拉后将上部钢塔筒和下部装配式混凝土若干塔筒连接为整体。针对中间转换部分,采用转换段法兰环、变截面混凝土、预制混凝土竖向缝以及水平缝等连接构造。为研究该结构及各连接构造的受力性能,开展精细化有限元分析、拉索107次高周疲劳性能试验以及1∶3大比例尺模型试验,得到了结构关键部位的力学响应和破坏模式等。结果表明：设计荷载作用下,预应力装配式混凝土塔筒表现出弹性特征,可以安全地承受设计荷载;极限荷载作用下,预应力装配式混凝土塔筒段承载力储备充足,且上部钢塔筒先于混凝土塔筒段出现屈曲破坏,混凝土塔筒与钢塔的承载力比例设置合理,避免了混凝土塔筒先于钢塔筒破坏,验证了结构体系和连接构造设计的可行性;疲劳试验及有限元分析结果表明拉索能承受107次的疲劳次数,满足抗疲劳安全性要求。     

斜拉桥塔梁固结区应力分析

为掌握徐州市跨铁路站场斜拉桥塔梁固结区段的三维应力状态,建立了塔梁固结区段结构分析的空间有限元模型.选择三种工况分别进行了空间有限元计算.得到了塔梁固结区段在三种工况下的应力分布情况.提出了改善塔梁固结区段应力分布的措施,为设计和施工提供了科学的依据.     

风电中空夹层钢管混凝土结构塔筒在往复扭矩作用下的破坏机理研究

本文基于ABAQUS有限元软件,建立了风电中空夹层钢管混凝土结构塔筒在纯扭往复荷载作用下的“壳-实体”精细有限元模型,并进行了数值模拟计算。有限元模型计算结果与试验结果吻合较好。在此基础上,对风电中空夹层钢管混凝土结构塔筒在纯扭往复荷载作用下的变形过程、破坏形态和机理进行了分析。研究表明,风电中空夹层钢管混凝土结构塔筒在达到极限承载力之前,具有较好的组合工作性能,风电中空夹层钢管混凝土结构塔筒在往复扭矩作用下的破坏过程为钢管的鼓曲变形进一步发展为鼓曲区域钢材低周疲劳开裂破坏,同时提出了风电中空夹层钢管混凝土结构塔筒受扭承载力简化计算方法,计算结果与试验结果吻合较好,可用于工程设计参考。     

中空夹层钢管混凝土风力机塔架风振性能研究

传统风力发电机组塔架大多为锥形单管钢薄壁细长结构,此类结构在叶片转动及风荷载作用下易发生大的变形和振动。为克服传统风电塔自身发展的局限性并发挥中空夹层钢管混凝土(CFDST)结构优良的力学性能,基于某锥形钢塔筒,通过承载力等效提出CFDST塔筒结构形式,利用ABAQUS软件建立其风振性能有限元模型,对比了两种塔筒的振动模态。从时域和频域对二者在不同荷载工况下的动力响应特征进行对比分析,并对塔筒与叶片是否共振及瞬态冲击荷载下的振动进行了研究。结果表明:CFDST塔筒在保证原有钢塔筒抗弯承载力和刚度的同时,底部截面尺寸减小了25.6%,且不会与叶轮转动产生的谐波激励发生共振; 阻尼对风机塔筒位移、速度、加速度及应力响应幅值影响显著; 与钢塔筒相比,CFDST塔筒在正常运行荷载工况下峰值位移、加速度幅值和最大等效应力分别降低21.1%、30.2%和41.6%,而在暴风荷载工况下,分别减小14.4%、32.2%和36.3%; 研究成果可为相关塔筒的设计优化提供参考。     

风电支撑结构静强度与疲劳可靠性分析

为评估风电支撑结构静强度和疲劳可靠性,利用ANSYS软件建立有限元模型,对风电支撑结构在额定、切出和极限风速三种工况下的静强度可靠性进行数值模拟,分析其在多荷载作用下的最大应力和位移值,确定结构关键点,并应用FTCALC模块对结构关键点进行了疲劳分析。结果表明:风电支撑结构在设定边界条件下的静强度和疲劳性能是可靠的,其两个结构关键点分别位于塔筒一、二级法兰连接处和塔筒底部与基础连接处,且在额定风速工况下的Mises等效应力值最大。     

海上风电机组固定式支撑结构环境敏感性分析及极限工况下的一体化设计

本文通过对各种环境、荷载条件下的单桩基础和导管架基础进行初步设计计算,分析比较了各类环境、荷载参数对海上固定式风机基础的影响及敏感性,得到了这些参数对基础结构用钢量的影响规律。单桩基础对基础顶部弯矩和海水深度变化最敏感,导管架基础则对波高的变化最为敏感,并且与单桩基础相比,导管架基础对环境参数的变化表现出了更高的敏感性。通过建立风机-塔筒-基础的一体化模型,实现了海上固定式风电机组在极限工况下的一体化分析与设计,并将一体化设计结果与传统迭代设计结果对比,结果表明采用一体化设计可明显降低构件的内力及基础结构的材料用量。     

兆瓦级风力发电机塔架的模态分析

通过对内蒙古武川地区水平轴风力机塔架的两种工况进行现场测试,用DASP系统进一步分析,得出塔架的加速度谱及特征频率;利用ANSYS有限元软件完成塔架的建模和模态分析,考虑了塔顶上方机舱总质量的影响。计算结果与实测结果为避免塔架发生共振和进一步研究风力机塔架的动力反应提供了依据,其中模态数据对风电塔架设计和结构振动控制有一定的参考价值。     

TC2400型塔带机结构的有限元分析

运用ANSYS软件,建立了TC2400型塔带机的有限元模型,对其在两种运行方式下的4种不同工况进行了整体结构刚度和强度分析;为了得到更精确的应力解,还对极端工况下工作平台、回转平台与塔身之间销轴连接、塔节之间高强螺栓连接等多个关键部位建立了子模型,并进行了强度校核。     

空腔壳基础弹塑性有限元分析

对1∶10空腔壳基础模型结构的破裂进行了弹塑性有限元分析、计算值与试验值的比较,说明了计算模型和计算参数基本合理;得到了基础筒壁破裂过程中筒壁应力-应变的变化规律,为烟囱基础的设计提供了理论依据。     

大悬臂宽幅箱梁剪力滞分析

采用有限元软件ANSYS建立矮塔斜拉桥跨中箱梁局部有限元模型,结合总体计算情况,对结构在不同加载工况下的薄壁箱梁的剪力滞效应进行计算分析,分析了箱梁受力,得到了其剪力滞分布状况,供设计人员参考。