地震作用下海上风机TMD控制

基于叶素动量理论、莫里森方程以及结构动力学基本理论建立了地震、风以及波浪荷载联合作用下的海上风机运动控制方程;依据风机运动控制方程在FAST中添加地震荷载计算模块建立了上述荷载作用下的海上风机整体耦合分析模型;依据整体耦合分析模型得到地震荷载作用下的海上风机动力反应特性。依据地震作用下的海上风机结构反应动力特性确定TMD的布置方案,并对不同TMD控制方案下海上风机结构的动力特性进行了分析。结果表明,TMD方法能够有效地降低机舱位置的加速度反应时程,但由于各位置加速度反应控制频率的差异,TMD并不能全面地降低风机机舱的加速度反应; TMD控制在不同地震波下对风机基础反应的控制效果有显著差异。     

考虑外平台影响下海上风机单桩基础结构地震动力响应分析

随着海上风机单桩基础的广泛应用，分析单桩基础及其附属结构在地震荷载作用下的动力响应具有重要意义。为此，采用ABAQUS有限元分析软件建立了单桩-外平台整体结构模型，采用粘弹性边界法模拟地震荷载施加，分析了地震作用下整体结构的动力响应情况，并探究了外平台对单桩自振特性及响应的影响。研究结果表明：地震荷载作用下，单桩-外平台整体结构的应力最大值出现在工作平台和支撑杆连接处，水平位移最大值出现在顶部工作平台上，牛腿应力和位移相对较小；外平台对单桩的自振频率具有减缓增大的作用，可降低基频，且会小幅度增大单桩基础应力，对单桩基础的稳定工作不会产生较大影响。     

考虑冲刷深度的海上风机地震易损性研究

在地震和波浪等复杂环境荷载作用下,海上风机的桩周冲刷和地震动水压力会显著影响海上风机的动力响应。建立了考虑地震动水压力及桩周冲刷效应的海上风机非线性动力计算模型,首先基于场地相关反应谱选取了34条地震动记录,通过多条带分析方法获取了不同工况下海上风机的地震易损性曲线,进一步讨论了地震动水压力和冲刷深度对海上风机地震易损性的影响。研究表明：在一般设防烈度下,冲刷深度对海上风机受到地震荷载作用时能否正常工作有显著影响,对风机发生永久性破坏概率的影响较小;而动水压力对海上风机4种极限状态下的地震易损性的影响均较小。海上风机易损性分析可为海上风机的抗震设计提供一定的理论指导,并具工程应用价值。     

环境荷载联合作用下海上风电结构动力响应分析

为研究海上风电结构在复杂的海洋环境中承受环境荷载(风、波、冰、流)的联合作用时,结构产生的剧烈的动力响应问题。文章以三脚架基础海上风电结构为研究对象,采用ANSYS有限元软件建立其整体模型并进行荷载(风、波、流和风、冰、流)联合作用下的静力校核,通过对环境荷载联合作用下的三脚架基础海上风电结构进行瞬态分析,掌握其动力响应的特性及规律。结果表明:三脚架基础结构的一、二阶自振频率均为0.285Hz,在所选风机允许的频率范围内,可以保证整体结构不会与风机转动发生共振;风荷载在风、波、流荷载联合作用下主导控制结构响应的稳态波动,冰荷载在风、冰、流荷载联合作用下主导控制结构的稳态振动过程;塔筒顶端呈现的位移和加速度响应均远大于三脚架基础顶端;环境荷载联合作用下结构动力响应是环境荷载单独作用下动力响应叠加的结果。     

土与结构相互作用对海上风机TMD减振效果的影响研究

通过建立考虑土与结构相互作用的海上风机支撑结构三维有限元分析模型，结合泥面处固定连接和不同的地基土性质，研究了风浪荷载联合作用下海上风机TMD的减振效果，分析了土与结构相互作用对TMD减振效果的影响。结果表明，若将泥面处简化为固定连接，会严重低估风机结构的动力响应；土与结构相互作用会放大风机结构的动力响应，且降低TMD的减振效果，与泥面处固定连接相比控制率降低约4%；在其他条件都相同的前提下，风机结构的动力响应随地基土弹性模量的增大而减小，且土体工程性质越好，TMD的减振效果越好。     

风机开停过程中海上风电结构振动特性研究

基于现场振动试验,分析了海上风电结构在不同风况下风机开停过程中的振动规律。结果表明:针对试验样机,不同风级开机工况风电结构振幅均比正常运行时更大,范围在11.23%~58.45%;不同风级停机工况风电结构振幅波动剧烈,与正常运行比较变化范围在-25.73%~387.33%。采用STD方法识别出风电结构整体首阶频率为0.33Hz。同时开展了风机塔筒摆幅分析,结果证明该风电结构在开停机过程中能够满足结构安全要求。     

基于调频率的时-频非平稳地震动生成

动力时程分析是研究地震作用下结构响应的有效途径,而输入的地震动时程对计算结果有重要影响。实际地震动是时-频非平稳的随机过程,而目前用于结构动力时程分析的人工波多为时域非平稳频域平稳的时间时程。本文采用增加频率调制过程的方法对生成人工波的传统三角级数模型进行了改进,可使生成的地震动时程不仅是强度非平稳的,而且频率成分也是随时间变化的。改进方法生成的时-频非平稳地震动时程更接近于真实的地震动记录,且能很好地拟合目标反应谱,对工程实践具有重要意义。     

大跨度连续刚构桥在地震 、波浪作用下的动力响应

为了分析大跨度连续刚构桥梁在地震、波浪作用下的动力响应，由基于简化辐射波浪法得出的矩形桥墩内域水附加质量简化表达式，和基于混合法得出的矩形桥墩外域水附加质量表达式，求得桥墩内外域水附加质量，以考虑地震动过程中水对结构的影响，采用《海港水文规范》中的方法计算波浪对墩柱的作用。建立大跨度连续刚构桥梁的有限元模型。进行分析表明:水体的存在使得连续刚构桥梁的自振频率降低，前５阶频率最大降低１３．８８％；有水存在时，地震作用对结构响应的影响和结构的约束形式、桥墩入水深度以及输入地震波的加速度峰值有关。波浪作用对结构位移响应的影响受到波浪要素的影响，不能片面的认定地震作用下结构位移响应大于波浪作用下的，因此桥梁设计时应该避开当地设计波浪的频率，避免共振。     

基于Craig-Bampton方法的海上风电机组基础结构超单元计算精度研究

基础结构超单元作为海上风电场结构半整体分析方法的基础,其计算精度对于基础结构设计及承载力校核具有显著影响。以基础结构超单元计算为重点,选取典型多桩基础海上风机为研究对象,系统研究在基于Craig-Bampton方法开展超单元计算时,其计算参数选取对于超单元计算精度的影响,并据此提出适用于海上风机基础结构超单元的计算参数选取原则。进一步建立海上风机整体耦合与半整体计算模型,通过不同风速下海上风机运动响应对比,对Craig-Bampton方法所得超单元矩阵计算精度进行验证。     

地表多层框架结构地震反应分析

考虑土体－结构动力相互作用，通过有限元软件建立了一个含有三层地下室的框架结构，对其进行地震作用下的三维动力反应分析。对比研究了地震动频谱，地震动峰值加速度，结构动力特性和土体动力特性对其地震响应的影响。结果表明:结构地震反应虽然在不同工况下不尽相同，但整体符合一定规律，地下室顶底板处中柱的受力较大，呈现出剪切变形的模式；场地土体的动力特性和地震动峰值对结构地下部分地震反应影响显著；结构频率和地震动频谱特性对结构中柱地下部分地震反应影响较小，采用Ｆｏｕｒｉｅｒ谱强度平均频率匹配度可较好的反映地震动频谱特性和结构自振频率的共振效应引起的地震反应放大。     

含受损构件的海上风机三角架基础损伤识别及动力特性分析

以曲率模态为参数,阐述了基础结构构件损伤、定位的计算和识别方法;对构件受损情况下海上风机三角架基础的动力特性展开了研究,以刚度降低和壁厚侵蚀变薄两种方法定义受损状态,对主斜撑、泥面横撑受损情况下,冲击荷载和波浪荷载作用时的三角架动力响应特性进行了数值模拟,对比分析了模态、瞬态及谱分析.结果表明,可以运用曲率模态识别结构受损部位和受损程度,位移模态则无法实现;构件受损对结构动力响应影响显著,且与荷载作用方向和作用方式相关.所得结论可为三角架式海上风机基础结构设计提供参考.     

频率非平稳地震动对大坝非线性响应的影响

采用传统三角级数模型和基于调频率的时-频非平稳地震动生成方法合成的人工波作为输入时程对某大坝进行动力时程分析比较,结果表明,地震动时程的频率非平稳特性对结构非线性地震响应的影响不可忽略,现阶段用于动力时程分析的人工波大多只是幅值非平稳的均匀调制过程,可能低估了结构在真实地震情况下的反应,使结构的抗震设计偏于危险。     

海上风电塔架-筒型基础结构流激振动响应分析

从海上风电塔架和基础结构的设计出发,首次通过简化风机叶片和轮毂,并考虑基础和地基的限制作用,建立简化风机-塔架-基础-地基整体模型,分析塔架-钢混组合结构筒型基础的振动特性,并研究该整体模型在风荷载下的流激振动响应状况。既验证了近海滩涂地区采用钢混组合结构筒型基础的可行性,又为海上风电塔架-基础结构的设计、安全鉴定提供重要的参考手段。     

U形渡槽流固耦合动力作用研究

为了研究强震下渡槽的流固耦合动力作用,本文首先用VOF模型验证了渡槽内水体响应的非线性,然后通过位移有限元方法建立了U形渡槽流固耦合模型,并根据地震作用的特点构造了一组Ricker子波,分别计算了刚、柔性槽体模型的动力时程响应。计算结果表明,渡槽流固耦合动力作用的强度主要受流体晃动频率、槽体自振频率两个因素控制,当外界激励的频率接近这两个频率时,渡槽的流固耦合动力作用将变得十分显著;当激励频率达到水体晃动频率的2倍时,水体主要运动方式将由表面晃动转变为整体惯性运动;地震作用下水体动力响应的非线性可以忽略。这些现象在渡槽抗震设计中应当引起足够的关注。     

基于风机基础损伤前后的SCADA振动数据对比分析研究

风机基础损伤是长期累积的效果,通过对基础损伤前后时期的SCADA数据进行统计分析,发现风机基础损伤前后时期的机舱振动加速度数据有明显差异,x、y两个方向的振动幅度均会变大,尤其是x方向的振动变化更为明显。筛选出损伤前后时期维护停机状态下的振动数据,利用自适应最稀疏时频分析方法得到固有圆频率,结果表明基础损伤后固有圆频率有所降低,但幅度不大。通过SCADA振动数据可以对基础结构的损伤的预判提供参考依据,对保证风机的正常运行具有重要意义。     

基于桩筒复合基础海上风机振动特性分析

海上风机所处环境复杂,在风、波浪等随机动载作用下易发生共振破坏。为研究采用桩筒复合基础海上风机的振动特性,选择合理的基础设计参数,利用有限元软件ABAQUS进行海上风机整体建模,采用Block Lanczos方法进行模态分析,同时将所得自振频率与外荷载频率进行对比研究,并分析不同基础形式与不同基础约束条件下的风机整体振动特性。研究发现:前2阶水平弯曲频率与第3阶扭转频率为判断风机整体共振的主要频率;与单桩基础相比,桩筒复合基础能够有效增加风机抵抗水平荷载的能力,且在该设计参数条件下风机能够避免共振的发生;在基础设计时,应考虑桩土相互作用(PSI)的影响。     

海底悬跨管道在波流和地震联合作用时的模型试验研究

利用波浪-水流-地震联合模拟试验系统,研究了在波浪、水流和谐波地震荷载单独作用或联合作用时海底悬跨管道的动态响应特征。通过试验采集的加速度和动水压力数据分析了管道的悬跨长度、管内状态、外界荷载组合对于管道基频以及动力响应的影响规律。结果表明:随着悬跨长度的增加,管道自振频率减小且管道的动力响应显著增大;水流流速、波浪高度和周期在一定范围的增大会引起管道动力响应增大;三种荷载联合作用于管道时的动力响应大于荷载单独作用,且地震荷载起主要作用,波浪、水流荷载起次要作用。     

白鹤滩地下厂房结构动力特性及抗震分析

白鹤滩水电站地下厂房结构刚度相对较小,且工程场址所在区域隶属于地震活动强烈的川、滇地震带,结构的振动特性及抗震计算是设计中的关键问题。利用有限元法建立三维数值模型,对厂房固有自由振动特性、共振复核,机墩、楼板等结构在机组振动荷载作用下的响应及地震作用下的结构响应进行了计算研究。结果表明:厂房结构基频与机组额定转频及飞逸转频的错开度均大于20%,在现有振源激励下不会发生显著共振;在机组振动荷载作用下,楼板的各向加速度均小于规范限值0. 315 m/s~2,人体感觉不到不舒适;楼板和风罩等是抗震设计的重点,正常运行情况的静力荷载对结构的受力起控制作用,地震作用对白鹤滩地下厂房结构不会带来严重危害。     

海上风机基础超单元计算方法对比研究

开展了随机风荷载作用下海上风机整体和半整体计算方法及半整体模型超单元计算方法对比研究。运用ＡＮＳＹＳ建立五桩与单桩风机基础模型并提取基础总刚度和质量矩阵，利用ＭＡＴＬＡＢ分别编写Ｃ－Ｂ法和ＳＥＲＥＰ法的凝聚程序得到超单元矩阵。基于整体方法和半整体方法进行结构的动力特性及动力响应对比。通过对比发现，在基础超单元选取合理的前提下，该方法得到的海上风机结构响应基本与整体耦合分析方法计算结果一致。进一步对比可得，所选取的Ｃ－Ｂ方法和ＳＥＲＥＰ方法虽然凝聚原理不同，不过所得到的基础结构超单元均能够准确模拟随机风荷载作用下转子－机舱－塔筒结构运动响应。     

泰顺县三插溪水电站两机联合甩负荷试验分析

泰顺县三插溪电站装机 ２×２．２ 万ｋ Ｗ ，主接线方式为两机一变，供水为一管两机，在完成单机甩负荷试验各项指标符合要求后，进行了两机联合甩负荷试验。试验时调速器未能执行正常关闭程序，过渡过程不符合要求，但机组过速保护和紧急停机系统工作正常，经分析系由调速器发出频网故障信号并使运行方式切换为手动而导致过程保护紧急停机造成，同时对频网故障的原因进行了分析。