基于ALGOR计算的叶栅碰撞试验台带冠叶片动力特性研究

以自带冠叶栅碰撞实验台带冠叶片为研究对象,利用三维设计软件Solidworks和有限元分析软件ALGOR分别建立了自带冠单叶片、成组叶片和整圈叶片-叶轮的三维实体模型及有限元模型,通过有限元仿真计算,研究了带冠单叶片的动力特性,并比较了离心力和冠间间隙对成组叶片和整圈叶片-叶轮动力特性的影响.结果表明,离心力对一阶切向弯曲振动频率影响很大,冠间间隙较小时的叶片组模态出现了不同振型间的组合,带冠叶片的碰撞振动具有典型的非线性特性.     

黏土中海上风力机桩-筒复合基础地震响应分析

参考NREL海上风力机结构参数,基于ABAQUS软件平台,建立黏土中海上风力机桩-筒复合基础的三维整体有限元模型;采用总应力形式的非线性运动硬化模型描述黏土的不排水动应力应变响应,通过编制Matlab程序实现随机风荷载及波浪荷载的模拟;开展地震及风、浪、流荷载共同作用下海上风力机桩-筒复合基础的时域整体动力响应分析,揭示桩-筒复合基础的承载机理,分析地震烈度、土体强度及基础尺寸对桩-筒复合基础动力响应的影响规律。     

自带冠叶片冠间接触碰撞动力学建模及数值模拟

采用有限单元法对自带冠叶片冠间接触碰撞的减振机理进行了研究.首先应用弹塑性力学理论对叶片冠间接触碰撞问题建立碰撞弹性力模型,并采用Herbert直接法建立碰撞阻尼力模型,进而对已建立的冠间接触碰撞的非线性动力学模型进行数值模拟,并分析自带冠叶片冠间接触碰撞的非线性动力学特性、响应特性及接触碰撞减振机理.研究结果表明:随着分岔参数的增加,发生擦边碰撞,碰撞振动系统直接由周期运动状态进入混沌,然后又突变回周期运动状态;在冠间接触碰撞减振结构的设计时应该避开混沌状态,以免由于气流力输入能量增大导致叶片振动过大.     

带冠叶栅碰撞振动特性的有限元分析

以自带冠叶栅碰撞实验台带冠叶片为研究对象,利用三维设计软件Solidworks和有限元分析软件ALGOR分别建立了自带冠单叶片、成组叶片的三维实体模型及有限元模型,通过有限元仿真计算,研究了带冠单叶片的动力特性;分析了冠间间隙大小、冠间两侧间隙实际约束情况、激振力大小对自带冠叶栅碰撞减振效果的影响规律.研究结果表明,具有间隙结构的自带冠叶片的碰撞振动具有典型的非线性特征,间隙大小以及叶冠间隙对称与否对其减振效果的影响较为显著,这些结论对白带冠叶栅的结构设计具有一定的参考价值.     

桩—土—渡槽—水相互作用动力特性分析

目前,对渡槽抗震性能的研究多集中在槽身与水体的流固耦合问题上,对桩土间的动力相互作用则研究较少,然而桩土相互作用会影响渡槽结构对动荷载尤其是地震荷载的反应。为探究桩土相互作用对渡槽结构动力特性的影响,采用大型有限元软件ABAQUS对南水北调中线工程双洎河渡槽建立了同时考虑流固耦合和桩土相互作用的桩—土—渡槽—水三维仿真力学模型,并进行了不同工况下的自振频率及振动模态分析。结果表明,与固结模型相比,考虑桩土相互作用的渡槽结构在地震荷载作用下自振频率减小,桩土相互作用改变了渡槽结构动力特性。     

基于粘弹性人工边界的动力数值模拟范围研究

为分析地下厂房数值模型及围岩取值范围对厂房动力特性的影响,基于粘弹性人工边界基本理论,编写了Abaqus中快速施加粘弹性人工边界的程序。结合某抽水蓄能电站地下厂房结构,建立了不同数值模型及围岩取值范围的三维有限元数值模型,采用谐响应分析方法计算了机组振动荷载作用下的厂房动力响应。结果表明,地下厂房动力特性分析应采用粘弹性人工边界条件下包含0.5倍厂房跨度的围岩,并考虑地下厂房所有结构的数值模型。     

斜压荷载作用下输电塔扩底桩稳定性数值分析

为研究输电塔扩底桩基础在斜压荷载作用下的稳定性,采用ABAQUS有限元软件,结合塔基实际受力特点,并考虑桩土接触条件,建立了桩土体系三维实体模型,对斜压荷载作用下输电塔扩底桩稳定性进行了数值分析。结果表明,随荷载倾角的增大,桩基由于桩侧土体抗力不足逐渐表现为倾覆失稳;加大各土体强度参数对提高桩基极限承载力效果显著;软弱下卧层的存在及持力层厚度的变化仅对荷载倾角小于10°时桩基的稳定性有影响。因此,运用数值模拟分析方法探讨及预测桩土的承载能力具有易行性。     

含间隙碰撞振动系统的非线性振动特性

基于广义Hertz接触理论,建立了含对称间隙结构的碰撞振动动力学模型,采用四-五阶Runge-Kutta法进行了数值求解,并通过分析不同频率比、激振力幅值和间隙下的分岔图、相图、Poincaré图和功率谱图研究了该模型的非线性振动特性.结果表明：随着频率比、激振力幅值和间隙的改变,碰撞振动系统出现了周期、倍周期和混沌运动;频率比和激振力幅值对系统的非线性振动特性影响很大,出现了较宽的混沌带,而间隙对系统响应的影响相对较小,但在较小间隙的变化范围内,系统的振动特性变化却较显著.     

伺服系统对10 MW单桩式近海风力机地震响应影响

为研究伺服系统对10 MW单桩式近海风力机地震动力特性的影响,以DTU 10 MW风力机为原型,建立考虑伺服系统的单桩式近海风力机模型,通过p-y曲线法构建分布式弹簧土-构耦合模型,并基于中国实测地震数据和风力机实际运行环境构建湍流风-波浪-地震伺服系统多物理场计算平台,研究其在不同状态下的动力特性。结果表明：无地震载荷作用时,当平均风速大于额定风速,风力机变桨伺服系统有效缓解了塔顶振动,并减弱了气动载荷对塔基弯矩的影响;地震载荷使风力机塔顶位移明显增加,平均增加71.66%,变桨伺服系统对塔顶位移的作用效果被削弱,使发电机转速发生更剧烈波动;地震及波浪载荷对塔基弯矩的影响很大,风浪震作用较仅湍流风载荷作用下风力机塔基弯矩最大值平均增加131.24%,不能忽略波浪载荷对塔基弯矩的影响。     

海上风机钢管单桩基础轴向承载力研究

针对海上风电基础形式中的钢管桩基础,采用ABAQUS软件进行三维有限元数值计算,通过计算桩顶荷载与桩顶沉降的关系,研究了钢管桩基础在单向荷载作用下的极限承载力特性,并对桩径、桩内土体压缩模量、桩外侧土体的内摩擦角等参数对轴向极限承载力的影响进行了敏感性分析,确定了钢管桩基础在单向荷载作用下影响轴向极限承载力的主要因素。     

基于复合地基反力法的单柱式海上风力机船舶碰撞研究

采用非线性有限元软件LS-DYNA模拟5 000 t的船舶与3 MW单柱式海上风力机碰撞过程,并采用复合地基反力法描述碰撞过程中土壤与桩相互作用,研究土壤与桩相互作用及船舶碰撞速度对海上风力机碰撞过程的影响,对比分析了碰撞力及海上风力机结构动力响应。研究表明:船舶最大碰撞力随着碰撞角度增大而减小,随着碰撞速度增大而增大;随着船舶碰撞速度增大单柱式海上风力机与船舶碰撞区域塑性变形逐渐增大;船舶碰撞速度增大到3 m/s时,风力机桩底产生塑性变形,继续增大到7 m/s时,风力机桩底产生塑性失效。     

基于精确桩土模型的桁架式大型海上风力机地震动力学响应分析

为更精确研究桁架式大型海上风力机在地震载荷作用下的结构动力学响应,建立桩土模型,描述土体物理性质与桩-土间的相互作用,以桁架式支撑结构的美国可再生能源实验室(NREL)5 MW海上风力机为研究对象,建立有限元模型并分析在湍流风与地震联合作用下的动力学响应.结果 表明:相较于湍流风,地震作用对桁架式海上风力机动力学响应的...     

某海上风电场测风塔钢管桩桩基可打入性分析

海上风机基础和测风塔基础的可打入性分析是钢管桩设计的重要内容。在实际打桩过程中,为避免钢管桩无法下沉到设计土层标高或桩已达到设计标高,但桩的贯入度偏大等情况,需在施工前分析桩基的可打入性。以某海上风电场测风塔为例,运用GRLWEAP打桩分析软件,分析了钢管桩在连续打桩与后续打桩及部分土塞和不形成土塞工况下的可打入性,并与打桩实测记录进行对比,优化了打桩分析参数与土壤力学参数,为后续海上风机支撑结构桩基的可打入性分析提供了参考。     

海上升压站裙桩型导管架基础设计分析

  [目的]  随着国内市场能源供给逐渐往新能源方向发展,海上风电在国家的大力支持下,逐步发展。作为海上风电的核心构筑物,海上升压站有着举足轻重的作用。由于导管架对水深的适应范围较广,目前国内及国际上主流的海上升压站平台,大部分采用导管架结构。根据导管架与桩的连接方式的不同,分为水下裙桩导管架以及常规的桩腿打入式导管架,根据以往经验,裙桩基础一般应用在深水区域(超过40 m)。  [方法]  针对导管架海上升压站裙桩基础,从施工及设计两个方面进行介绍,在某工程的区域性地质条件下,与常规打入式导管架腿进行了设计计算对比。  [结果]  分析表明:海上升压站带裙桩的导管架相比目前浅水区常规导管架,减小了桩长以及导管架杆件截面,降低了用钢量,节约了海上升压站的成本。  [结论]  研究成果对海上升压站的模块化开发具有重要的应用意义。     

Seismic fragility analysis of 5 MW offshore wind turbine

Considering nonlinear soil–pile interaction, seismic fragility analysis of offshore wind turbine was performed. Interface between ground soils and piles were modeled as nonlinear spring elements. Ground excitation time histories were applied to spring boundaries. Two methods of applying ground motion were compared. Different time histories from free field analysis were applied to each boundary in the first loading plan (A). They were compared with the second loading plan (B) in which the same ground motion is applied to all boundaries. Critical displacement for wind turbine was proposed by using push-over analysis. Both the stress based and the displacement based fragility curves were obtained using dynamic responses for different peak ground accelerations (PGAs). In numerical example, it was shown that seismic responses from loading plan A are bigger than from plan B. It seems that the bigger ground motion at surface can cause less response at wind turbine due to phase difference between ground motions at various soil layers. Finally, it can be concluded that layer by layer ground motions from free field analysis should be used in seismic design of offshore wind turbine.     

海上风电超长钢管桩试桩关键技术浅析

  [目的]  在海上风电工程中,为进一步优化桩基设计,同时为大范围沉桩作业提供施工参数资料,必须要进行海上试桩。近年来,随着海上风电机组装机容量不断增大,且海上风电场离岸越来越远,为满足设计承载要求,海上风机基础桩基设计长度不断增加。与普通试桩相比,海上超长钢管桩在试桩过程中存在诸多不同。为保证海上超长钢管桩试桩达到预定目标,  [方法]  作者对海上试桩中的关键技术进行了深入讨论。首先讨论了海上超长钢管桩试桩的试验项目设置,  [结果]  明确了合理的试桩顺序;其次对海上超长钢管桩试桩中基准桩设置、反力装置、沉桩施工、冲刷监测、试桩保护和桩身传感器保护等关键技术进行详细分析,  [结论]  对今后海上超长钢管桩试桩工程有指导意义;最后对海上试桩工程未来的发展进行展望及总结。     

基于粘滞阻尼器的单桩式海上风力机结构振动控制

为探究湍流风与地震联合作用下单桩式海上风力机的结构动力学响应与振动控制,以单桩式NREL 5 MW海上风力机为研究对象,采用有限元法建立三维壳模型并基于二次开发将体等效线性模型集成于ABAQUS中,通过附加粘滞阻尼器对地震诱导风力机振动进行控制。结果表明:粘滞阻尼器能够大幅降低地震导致的风力机塔顶振动,但对湍流风引起的塔顶振动控制效果并不明显;粘滞阻尼器也能缓解因地震造成的支撑结构上Von-Mises应力集中现象且在粘滞阻尼器安装位置效果最好;粘滞阻尼器能够显著降低风力机桩基部分所受剪力最大值,而对弯矩的控制效果则在风力机支撑结构部分效果最明显。     

考虑冲刷的单桩式海上风力机动力响应研究

为了研究复杂海洋环境下桩周冲刷对海上风力机动力响应的影响,以美国可再生能源实验室5 MW海上风力机为研究对象,建立风力机塔架-单桩-土体有限元模型,计入风浪和地震荷载对冲刷情况下的单桩式海上风力机进行动力响应研究。对比分析不同冲刷深度以及冲刷坡角对风力机系统固有频率和动力响应的影响。研究表明：当冲刷深度增加到二倍桩径时,风力机一阶固有频率降低至转子1P频率附近,容易引起共振;在风浪荷载以及风浪、地震联合荷载作用下,冲刷坡角不变,风力机最大位移与弯矩随着冲刷深度增加而增大,疏松土质条件下的增量大于紧密土;保持冲刷深度不变,冲刷坡角的变化对风力机动力响应影响较小。     

基于颗粒离散元的桩侧摩阻力增强效应研究

为从细观层面探讨桩端附近桩侧摩阻力及桩端承力相互增强效应的力学机理,基于颗粒离散元理论,以PFC2D软件为计算平台,对砂土中单桩的整个加载过程进行了数值模拟分析,直观地描述了在桩基加载过程中桩端附近土体颗粒的速度场、位移场、应力场分布,同时记录了不同加载阶段整个桩长范围内土体的孔隙率变化情况,并对桩端土体的挤密作用和成拱作用进行了系统论证;此外,通过分析桩身侧摩阻力分布情况,着重分析了桩径及土体颗粒刚度对侧摩阻力增强效应的影响。结果表明,在加载过程中,桩端承力和桩侧摩阻力的发挥是相互影响、相互关联的;桩端土体的挤密和成拱作用同时影响桩侧摩阻力增强效应的产生;桩长范围内的土拱增强区并不单一存在,而是呈串联状分布,但以桩端附近土拱作用最明显;随着桩径的增大及桩周土颗粒刚度的增大,桩侧摩阻力增强效应也随之增大。