固定式光伏支架受力性能与试验研究

为研究固定式光伏支架在风荷载作用下的受力性能及破坏模式,设计并制作足尺光伏支架试件,通过静力加载方式进行破坏性试验。结合数值模拟和理论分析,给出此固定式光伏支架的设计建议。结果表明：光伏支架在均布荷载作用下的破坏模式为檩条发生扭转变形进而整体失稳,横梁和立柱的承载力基本满足要求。对固定式光伏支架进行数值模拟,将模拟结果与试验结果进行对比验证,通过参数分析讨论光伏支架传力机理与改进措施。     

环境荷载作用下海上浮式风电结构动力响应研究

针对半潜式海上浮式风电结构,建立结构整体有限元模型,通过对其进行水动力分析以及风浪作用下整体结构时域动力响应分析,研究不同结构参数,如立柱间距、立柱直径、结构吃水以及是否有压水板对结构动力响应的影响。分析结果表明:立柱间距与压水板对于结构水动力影响较大,结构时域响应受立柱间距、立柱直径及压水板影响明显。     

某光伏电站小型钻孔灌注桩基础设计计算问题的探讨

光伏支架基础主要承受支架构件及组件重量、风荷载及雪荷载等,目前在国内尚无小型钻孔灌注桩基础设计计算的标准和规范。本文从光伏电站的实际情况出发,在参考土建设计有关标准和规范的基础上,根椐近几年从事光伏电站结构设计的实践及经验,阐述了小型钻孔灌注桩基础的设计及计算方法。     

基于SAP2000的光伏固定支架结构承载力分析

以特变电工哈密863实验电站微电网项目的光伏固定支架为研究对象,运用通用有限元分析软件SAP2000对固定支架结构体系进行了恒荷载、活荷载、风荷载、雪荷载、地震作用下的承载力分析。结果表明,该固定支架结构承载能力极限状态及正常使用极限状态均在国家相关规范范围之内。     

大型风力机叶片净空计算方法研究

风力机容量增长伴随着叶片尺寸和柔性不断增大,易引起叶片扫塔。以108 m长叶片为研究对象,对比了叶片气动载荷和结构响应多种计算方法,研究了叶片净空距离的影响因素。基于叶素动量理论BEM和计算流体力学CFD计算叶片载荷,同时采用多体动力学MED和梁有限元两种方法计算叶片的受载变形。结果表明,采用叶素动量理论BEM计算的叶片中段载荷比采用计算流体力学CFD值更大,且载荷整体分布更均匀,多体动力学MED比1D梁单元法模态分析结果更准确,但两者计算的叶片变形程度相当。叶片变形与载荷呈单调递增正比关系,随刚度增加呈减小趋势,因此,工程使用BEM方法结合多体动力学方法可用于大型叶片净空计算,计算值相对保守。     

太阳电池板风荷载试验研究

太阳电池板被安装在室外采光发电,其安装位置所处的地貌类别和安装高度均千差万别,风荷载对其安全使用影响明显。对一全尺寸的电池板组模型进行风洞测压试验,得到面板上表面、下表面、净风压系数,研究电池板组端部敞开与否对面板风荷载的影响。结果表明:电池板组端部的敞开可有效地减小电池面板的平均风荷载,甚至引发整个面板承受向下的风荷载;面板所受最大吸力均发生在面板背风风向角,其中线经度方向平均风吸力分布随高度的减小而减小,面板展长方向迎风时,端部敞开时面板所受风荷载最小,以较小的吸力均匀分布,ASCE规范高估了面板分区风压系数;应用准定常理论可预估不同地貌类别,不同屋顶安装高度的电池面板脉动风荷载和极小值风荷载,其极小值风荷载与平均风荷载分布规律一致。     

风电叶片玻璃纤维布铺层装备承载横梁的力学分析及补偿应用

为了获取风电叶片玻璃纤维布铺层装备承载横梁的结构力学性能,文章对承载结构进行试验,得到其弯曲夹角为0.034 6°,高度收缩量为3.03 mm。通过建立承载横梁的有限元模型,得到了横梁受力变形关系,并进一步构建了补偿方程。模拟及现场试验结果表明,基于有限元法的装备力学分析能较真实反映承载横梁的工作特性,补偿方程能有效弥补横梁变形,变形误差小于0.16 mm。     

闸门有限元分析及其有无水工况下振动特性研究

应用数值模拟方法对秦淮新河节制闸门在现有布置型式下进行了整体及主横梁应力分布、位移变形程度的仿真分析。发现闸门整体最大应力为33.754MPa,最大位移为1.2962mm,二者都出现在底部,主横梁的最小应力均在中心处,左右边柱与主横梁1相连接的地方,数值同样达到最大值但最值区域很小。研究模态分析原理,使用模态分析方法,对闸门无水、有水状态下频率进行了计算,以探究水体对该闸门振动特性的影响。计算结果表明无水、有水状态基频分别为2.7454MPa、3.1746MPa,闸前有水时,闸门的振动频率出现了明显下降,增加了闸门振动的可能性,会对闸门的安全性和稳定性造成影响。通过有限元和模态分析对安全性进行了研究,提出了增强安全性的建议。     

专利信息

太阳能热利用 本实用新型为一种太阳能热水器支架。它包括：固定水箱、集热管及反光板的主支架。主支架顶端连接有安装水箱的水箱托架,其特征为：主支架同侧的前后支腿之间插接有连接杆,后支腿之间插接横梁,其下横梁侧面延伸出有上翼片;后支腿的侧面延伸出侧翼片,斜撑的一端与上翼片螺栓连接;另一端螺栓连接侧翼片。两前支腿之间设有多根横梁,横梁上设有反光板安装面。     

一种可以描述桩端位移累积的新型Q-z模型

海上风电属变形敏感结构,而导管架基础海上风电结构在服役期内下部桩基础会承受较大竖向循环荷载。在竖向受荷桩基的分析与计算中,采用ABAQUS分析桩端影响区域,依据动三轴实验中砂土的应变累积特性,提出一种新型Q-z模型。与传统Q-z模型比较,该模型能通过不同参数取值,模拟在轴向循环荷载下桩端的位移累积。结合有限元软件COMSOL进行二次开发,模拟单桩轴向循环加载工况,与离心机实验进行对比,验证了该Q-z模型的合理性。在数值计算中分别采用美国石油学会（API）规范系列桩土相互作用模型（p-y）、可考虑桩-土界面强度和刚度循环弱化效应的弹塑性t-z模型,可描述桩端位移累积的新型Q-z模型,分析海上升压站在循环荷载下的响应规律,为海上升压站设计提供相应的建议。     

尾砂流对框架结构冲击作用的数值模拟

研究尾砂流对框架结构的冲击作用,对于确保尾矿坝下游建筑物安全有重要意义。利用有限元瞬态动力分析模型,对比分析整个框架柱、底层框架柱和底层1/2框架柱受到冲击作用的三种情况,得到不同荷载作用范围下冲击力对框架柱的位移和应力影响规律,即位移随荷载增大而增大,应力最大值始终出现在底层柱的上端。模拟结果表明,框架柱在受到冲击力作用时,底层柱梁的节点为最不利处,总会首先遭到破坏;框架柱柱顶的位移值最大,同为不利处,易受到破坏。研究成果可为尾矿坝下游框架结构设计提供参考。     

Structural Control of Piezoelectric Laminated Beams under Thermal Load

The dynamic analysis and the active vibration control of piezoelectric laminated beams under thermal load are presented. The beam is modeled using two noded finite elements with four mechanical and a variable number of electric potential degrees of freedom at each node. In the thickness direction, the thermal and the electric fields are approximated as piecewise linear across an arbitrary number of sublayers in a layer. Cubic Hermite interpolation is used for the deflection and electric potentials at the sublayers and linear interpolation is used for the axial displacement and the shear rotation. The thermal field is computed using a consistent six-noded thermal finite element with a quadratic interpolation along longitudinal direction and a linear interpolation along thickness direction. The temperature distribution and undamped natural frequencies are obtained for composite and sandwich beam under cantilever and clamped-clamped boundary conditions and compared with 2D-FE Abaqus results. The finite element equations derived are converted into modal model to represent them in the state space form. This model is then reduced using Hankel norm for designing the LQG controller. Optimal control technique is used to control the vibration of the beam. The designed LQG controller controls the tip deflection of composite and sandwich cantilever beams and midpoint deflection of clamped-clamped beams.     

Coupled Efficient Zigzag Finite Element Analysis of Piezoelectric Hybrid Beams under Thermal Loads

A new one-dimensional beam finite element is developed for hybrid piezoelectric beams under thermal load, using a coupled efficient layerwise (zigzag) theory developed recently by the authors. The theory accounts for the layerwise variations of the axial and the transverse displacements while keeping the number of displacement variables independent of the number layers. The beam element has two nodes with four mechanical and a variable number of electric potential degrees of freedom at each node. In the thickness direction, the thermal and the electric fields are approximated as piecewise linear across an arbitrary number of sublayers in a layer. Cubic Hermite interpolation is used for the deflection and electric potentials at the sublayers and linear interpolation is used for the axial displacement and the shear rotation. The thermal field is computed using a consistent six-noded thermal finite element with a quadratic interpolation along longitudinal direction and a linear interpolation along thickness direction. The formulation is validated by comparing the results with the Navier-type solution of the zigzag theory for simply-supported hybrid beams. The element is free from shear locking. The accuracy of the zigzag theory is established by comparing the results of hybrid composite and sandwich beams with the two-dimensional finite element results using ABAQUS for cantilever and clamped-clamped end conditions under different thermal loads. The control of thermal deflection by the application of actuation potential is illustrated. The effects of electric boundary conditions and the pyroelectric effect on the response are discussed.     

Ⅰ型断裂尺寸效应及裂纹扩展阻力曲线的有限元分析

针对三点弯曲法在测定混凝土等材料断裂能时存在不同程度的尺寸效应现象,基于有限元软件ABAQUS,建立5种不同尺寸、几何相似的混凝土梁,采用线性内聚力模型模拟裂纹尖端微小内聚力区域的力学特性,分析单边带预制裂缝的三点弯曲梁的Ⅰ型断裂开裂过程,针对其尺寸效应和裂纹扩展阻力曲线开展研究。结果表明,随着试件尺寸的增大,试件断裂过程区的相对长度和名义强度减小,应力强度因子和峰值荷载及对应挠度值增大;小尺寸结构破坏模式的延性特性较显著,而大尺寸结构表现出更加显著的脆性特性;尺寸效应定律的线性形式能较好地反映名义强度和试件尺寸之间的关系;通过材料的裂纹扩展阻力曲线获得裂纹失稳扩展临界点所对应的宏观断裂能,其值与输入的数值模拟参数基本一致,采用裂纹扩展阻力曲线获取材料断裂能是可行的。     

格构式钢管混凝土风电塔架球板式节点协同工作性能研究

以锥台壁厚度n及塔柱填充混凝土强度2个参数为变量,对4个球板式节点模型进行静力试验,研究格构式钢管混凝土风电塔架球板式节点的工作性能及破坏模式,并在此基础上采用ABAQUS进行有限元模拟。试验结果表明:当锥台壁厚度n=8 mm时球板式节点在破坏时表现为压杆屈曲破坏模式,当锥台壁厚度n=6 mm时球板式节点在破坏时表现为焊缝撕裂破坏模式,节点锥台壁厚度的变化对于球板式节点破坏模式的产生与发展具有重要影响,且随着锥台壁厚度的增加,球板式节点的极限承载力也随之增大,但对于塔柱填充混凝土强度的变化,反映在节点试件极限承载力上并不敏感。结合ABAQUS模拟结果可知:在实际工程设计使用中,建议在灌注钢管混凝土塔架的塔柱时选取强度等级为C30的混凝土;节点极限承载力随节点锥台壁厚度n的增加呈明显的增大趋势,但当n>10 mm时,极限承载力增幅开始放缓,在保证腹杆和节点板均不发生屈曲破坏的前提下,建议在实际工程应用中取锥台壁厚度n≤10 mm能够取得效益最大化。     

The Response of Framed Steel Structures to Fire

A combined computational fluid dynamics and structural stress investigation was conducted to study the response of steel structures to fire. The structure was a two-story building with six rooms. The fire was confined to one room on the first floor. The free convection of air and thermal radiation were both included in the analysis. The governing differential equations of flow and energy were solved by FLUENT. The air turbulence was modeled by the standard k-? model, and the radiation was simulated by the Discrete Transfer Radiation Model. The temperature of the beams and columns were subsequently used in the thermal stress analysis to obtain the deflection and total strain using ANSYS. The result of FLUENT analysis indicates that the air velocity was high in the middle of the room above the fire and adjacent to the ceiling. The temperatures of the beams and columns generally decreased away from the center, with a more rapid decrease toward the ends. It was also observed that radiation played an important role in fire modeling (i.e., 20–40% of the heat transfer took place by radiation). The ANSYS analysis indicated a maximum deflection of 28.66 mm at a beam-column joint in the room with fire at the first level of the structure. The corresponding steel column design load capacity is exhausted after 34 minutes of standard ISO 834 fire due to a combined temperature and gravity loads. The maximum strain was observed at the center of the longitudinal beam, and the minimum was on the steel members of the second floor.     

考虑齿圈柔性的风电行星轮系动态啮合特性研究

针对集中参数法难以考虑齿圈柔性而有限元法计算量大的问题,以风电行星轮系为研究对象在集中参数/有限元混合法基础上提出一种揭示内啮合齿轮副延长啮合现象的分析方法。首先采用集中参数法建立风电行星轮系的动力学模型,并求解获得动态啮合力;随后,运用有限元法建立行星轮系内啮合齿轮副的有限元模型,并开展静态接触分析从而获得内啮合齿轮副各啮合位置发生多齿啮合时的变形阈值;最后,将集中参数模型获得的动态啮合力施加在内齿圈有限元模型上计算出内齿圈的动态响应,并结合发生多齿啮合时的变形阈值,从而揭示在不同负载和支撑数量下内齿圈上多齿啮合的分布区域,获得接触应力和齿根应力,分析啮合齿对数量改变前后对应力的影响。结果表明：考虑齿轮柔性后,内啮合齿轮副会出现除理论啮合齿对外其他齿对相接触的现象;随着负载扭矩的增大,内齿圈上三齿啮合首先发生在支撑两侧,随后三齿啮合发生区域不断增加;当行星轮与内齿圈间的啮合由理论两齿啮合变为三齿啮合时,其齿面接触应力和齿根应力小于其在相同时刻只计入两齿啮合时的应力值。     

克孜河渡槽充水试验与承载力安全评价

为检验克孜河渡槽承载能力储备情况,通过现场充水试验模拟渡槽在实际运行阶段的工作状态,揭示在各级水荷载作用下渡槽的挠度和应变变化规律,完善渡槽承载能力的评价指标,按照预期的方案对渡槽试验段展开充水试验,根据监测结果对结构进行安全评价.结果 表明,第7跨跨中各梁实测总挠度均小于规范要求;第7、8两跨跨中各梁实测应变随荷载的...     

水轮发电机组支承结构静动力分析

用三维有限单元方法,对国外某水电站地下厂房的环梁三立柱式异型机墩及风罩、厂房墙本、楼板梁系统所组成的整体结构进行了动静力分析;对厂房内各种振源频率与支承结构固有频率间的耦合共振情况进行了校核,结果表明,该异型机组支承结构的动静力设计是实际可行的。