单桩式海洋风电装置风振数值分析和现场监测研究

为了研究大型单桩式海洋风电装置风振效应较为显著的原因,利用p-y曲线法考虑结构的桩土相互作用,理论分析了风-结构流固耦合的原理与特性,并通过ADINA软件建立了"风轮-机舱-塔架-基础"整机的数值模型,对风电装置整机结构的风致振动问题进行了数值模拟,并与现场监测数据进行对比。结果表明,数值模态分析与现场监测结果较为吻合,考虑流固耦合效应的风致风电机整机结构的动力响应数值分析与现场振动监测结果较为接近,且趋势一致。研究成果证明了文中提出的整机数值模型和数值风洞对风电机整机结构进行风振分析的可行性与可靠性,可为风电装置结构设计及振动控制仿真研究提供科学依据,为类似工程结构的风振分析提供借鉴。     

输电塔防台风风洞试验研究

以500kV双回路三塔四线模型为对象,通过风洞试验研究输电线路在良态风和台风作用下的风振响应,并将试验结果与理论计算结果进行对比和分析。得出结论:在台风环境下塔线体系的风振响应增大;在1阶振型自振频率附近,导线的存在使塔线体系的振动比单塔显著;杆塔承载力计算时仅考虑1阶振型是可行的。对输电塔防台风设计方法提出建议:台风地区的杆塔风振系数取值应大于良态风场;应对GB 50009—2001《建筑结构荷载规范》的风振系数计算结果进行修正。     

中小跨度预应力柔性光伏支架风振响应分析及风振系数取值研究

基于Davenport谱,利用AR法对中小跨度柔性支架进行了风振响应及风振系数取值分析。通过改变主索预紧力、风速大小、索直径等参数,得到中小跨度柔性支架的位移、索拉力风振响应规律,并利用等效力法计算出结构的风振系数。研究结果表明：增大索预紧力对结构位移风振响应的影响较小,但可以减小索拉力的风振响应,在设计时,建议按索拉力为指标计算索的风振系数;风速变化对柔性支架结构的风振响应影响呈波动变化趋势,在计算风振系数时应考虑各风速下的结构风振响应波动变化范围;常用索范围内的索直径变化对柔性支架结构风振响应的影响较小;各风速下的平均风振系数随预紧力增大而减小,以此拟合出中小跨度柔性支架风振系数计算公式。     

±800kV特高压直流输电杆塔结构的动力特性研究

±800kV特高压直流输电线路的直线塔、耐张塔为研究对象,采用SAP2000进行有限元建模,开展动力特性分析,得到杆塔结构的自振周期和振型;并与以往输电杆塔结构第一自振周期的简化计算方法进行比较和分析,提出典型特高压输电线路杆塔结构自振周期的计算方法,为正确计算该杆塔结构的风振系数及风荷载提供依据。     

±800kV特高压直流输电杆塔结构的动力特性研究

±800kV特高压直流输电线路的直线塔、耐张塔为研究对象,采用SAP2000进行有限元建模,开展动力特性分析,得到杆塔结构的自振周期和振型;并与以往输电杆塔结构第一自振周期的简化计算方法进行比较和分析,提出典型特高压输电线路杆塔结构自振周期的计算方法,为正确计算该杆塔结构的风振系数及风荷载提供依据。     

风力机风振背景、共振响应特性及耦合项分析

基于已提出的可考虑结构共振模态之间、背景与共振模态之间耦合效应的风振计算方法“一致耦合法”,对某兆瓦级大型风力机系统进行风振反应分析。首先建立风轮-机舱-塔体一体化有限元模型,获取并分析系统动力特性;然后采用谐波叠加法和改进的叶素动量理论,模拟考虑相干和旋转效应的风轮-塔架脉动风场;最后进行风力机塔轮系统结构的风振动力反应计算。通过与全模态精确解的对比探讨,揭示了风力发电塔轮系统风振背景、共振响应分布特性,以及模态间耦合效应的作用机理,并给出了风力机塔轮系统风振系数的建议取值,为兆瓦级风力机系统的抗风设计提供科学依据。     

窄基输电铁塔风振系数取值探讨

为研究高度与根开之比大于6的窄基角钢塔风振系数的计算方法,以昆北换流站接地极线路工程鸡街极址附近一直线塔为研究对象.基于谐波叠加法模拟风荷载时程,在ANSYS中建立输电塔有限元模型,进行输电塔风振响应时程分析,由加速度响应计算风振系数.经分析可得出结论:DL/T 5154—2012《架空输电线路杆塔结构设计技术规定》的取值不适用于该铁塔.     

脉动风场中输电线路振动分析

输电线路杆塔是一种柔性较大的高耸结构,在自然风等动力载荷作用下会产生非线性动力响应,使杆塔和导线产生疲劳损伤。考虑输电线路是由导线、绝缘子和输电塔组成的非线性复杂耦合体系,建立了一个梁/杆单元混合的铁塔有限元模型,对输电线路杆塔/导线/地线耦合体系进行了在平均风作用下的静力分析,以及在脉动风作用下的动态响应时程计算,分析了结构的响应特点以及对系统强度的影响。通过分析可知,输电塔的振动是以平均风作用后的位置为平衡位置的振动;塔顶上部较下部的动态响应大;塔身主材的轴向力、轴向应力明显大于塔身辅材,即塔身主材是限制输电塔强度和整体刚度的主导因素。     

500kV长江大跨越输电塔风振系数研究

大风是大跨越输电塔设计的控制工况,而风振系数是跨越塔风荷载计算的重要参数。该文以在建的世界最高输电塔为研究对象,建立385m高、500kV大跨越输电塔的单塔和塔线耦合模型,通过模态分析计算单塔和塔线体系的动力特性。按照结构随机振动理论,推导了种典型风速谱下跨越塔共振响应分量的数学表达式,采用频域方法分析了风速谱类型、结构阻尼比、峰值因子、湍流积分尺度和脉动折减系数对跨越塔风振系数的影响规律。以Davenport风谱为目标谱,通过非线性时程分析计算跨越塔单塔和塔线体系的风振响应,基于有限元计算结果确定跨越塔各风压分段的风振系数和风振系数整塔加权值。将按照频域方法和时域方法得到的风振系数计算值与现行规范值进行对比分析,提出跨越塔风振系数计算方法和取值建议。     

大跨越输电塔线体系风振控制

大跨越输电塔线体系是由导线和输电杆塔构成的结构体系。文章根据大跨越塔线体系的动力特性、塔架的振动特点,建立了考虑导线、绝缘子和塔架3 种构件组成的塔线耦合体系的非线性计算模型,并进行了动力特性分析。研究采用调频质量阻尼器(TMD) 以控制塔架第一振型振动,采用多个粘弹性阻尼器(VED) 用于增大塔线体系阻尼,减小塔线体系振动。两者联合对大跨越输电塔线体系进行风振控制,可使其响应最大值减小10 %～20 %。     

基于改进支持向量回归的IGBT老化预测

为了准确预测绝缘栅双极型晶体管（IGBT）的老化状态,提出了一种基于改进鲸鱼优化算法（IWOA）优化支持向量回归（SVR）的IGBT老化预测方法。该方法提取IGBT集电极-发射极电压信号的时频域特征,通过核主成分分析（KPCA）降维将时频域特征融合成一个综合指标来表征IGBT的老化状态;针对鲸鱼优化算法（WOA）不足,在WOA的基础上引入Sobol序列种群初始化、惯性权重和反向学习策略,增强WOA的局部搜索能力和收敛速度;利用IWOA优化SVR的惩罚因子和核参数,并构建一种基于综合指标的IGBT预测模型。利用NASA Ames实验室的IGBT老化数据集对IWOA-SVR方法进行验证,结果表明,所构建IWOA-SVR预测模型可以更准确实现对IGBT的老化预测。     

1000kV输电塔横风向振动风洞试验研究

为研究特高压输电塔架和输电塔–线耦联体系的横风向风振响应特点,以某1 000 kV输电线路为工程背景,通过气弹模型风洞试验,分析了单塔和塔–线体系在紊流风场中的横风向风振响应。试验结果表明:在紊流风场中,输电塔的横风向响应和顺风向响应处于同一数量级;塔–线体系中输电塔的横风向加速度响应大于单塔,横担端部的横风向位移响应大于单塔,而塔身处的横风向位移响应却小于单塔。高阶振型对单塔横风向加速度和位移响应的影响不能忽略,而位移响应还包含了一定程度的背景响应。在进行特高压输电塔的抗风设计中,应考虑横风向风振响应的影响。     

基于Ansys的高压输电塔风振特性分析

在电力大范围应用的背景下,研究输电线路的振动特性对电网整体的安全性有着极其重要的意义。本文推导了三线两塔耦合系统的力学简化模型,并以建立典型的500kV交流双回路耐张塔为对象验证了算法的正确性。利用Ansys软件建立了两塔三线的耦合模型并进行了单塔振动分析、塔—线耦合振动分析。在此基础上利用Davenport风速谱对电力塔模型节点的风载荷进行了模拟,并对耦合模型进行了动力时程分析,最终得到了节点位移曲线,验证了模型的合理有效性。最终结果表明耦合体系的振型以塔、线各自的振型为主,并出现了一部分由塔或线诱发的新振型,且同阶下耦合的振动频率要小于单塔的振动频率。最终经过理论计算与有限元分析结果的比较,证明了所推导力学模型的正确性。     

基于粘弹性阻尼器输电线路的风振控制研究

针对高压输电线路的风致振动,研究了基于粘弹性阻尼耗能原理的振动控制策略与实施方法。首先,在分析粘弹性阻尼器的耗能原理与结构设计特点的基础上,提出了阻尼器在铁塔上的布置方案;其次,采用有限元软件ANSYS,建立了一个包括铁塔、绝缘子、导线和地线的耦合体系的梁—杆有限元模型;采用由谐波合成法得到的随机脉动风荷载的时程样本,对安装阻尼器前后的铁塔进行了结构风致振动瞬态响应仿真。最后,在铁塔上选择相应的控制节点和控制单元,比较阻尼器对各控制节点的位移时间历程、各控制单元内力时间历程的影响。分析表明：采用粘弹性阻尼器能够有效地抑制输电线路风振,控制节点的位移下降约90%;另一方面,通过多种安装方案的比较,优化了阻尼器的安装位置。     

强风作用下带横隔面输电塔动力响应及破坏机理研究

增设横隔面是对输电塔结构进行抗风加固的一种简单有效方式,但增设横隔面后输电塔的动力稳定性变化和破坏机理差异尚未明晰。以某220 kV同塔双回线路ZY2输电塔为研究对象,通过建立输电塔线耦联体系有限元模型,对比了增设横隔面前后的单塔及塔线体系的模态差异,验证了在靠近塔腿节间的交叉斜材处增设横隔面对于输电塔局部振型的抑制作用。采用随机风场模拟,计算不同风速下不同塔段处斜材增设横隔面前后轴力响应变化,结合动力不稳定区域理论计算斜材动力稳定性参数,将其与动力不稳定区域绘制在同一参数平面内并根据某一风速下斜材是否进入动力不稳定区域,来判断不同塔段处斜材增设横隔面前后的失稳风速。结果表明,合理增设横隔面最高可将杆塔破坏风速提高3 m/s。     

大跨越输电塔动力特性

大跨越输电塔-线体系是一种复杂的空间塔线耦联体系,体系动力特性计算中由于导、地线的振型密集,输电塔的振型难以辨清。在对大跨越输电塔-线体系的动力特性研究中,采用白噪声激励体系,得到输电塔耦合了导、地线的响应;利用振动模态识别技术,可得到输电塔耦合了导、地线的低阶模态。以多条输电线路工程中不同类型、不同高度输电塔为原型,建立空间有限元模型,利用振动模态识别技术提取出大跨越输电塔-线体系中塔架结构的第1 自振周期及其振型,得到适用于大跨越酒杯塔和大跨越干字型塔的第1 周期近似计算公式。对工程实例的仿真分析表明,该公式能比较准确地反映大跨越输电塔-线体系的动力特性,值得推广应用。     

风力发电机高塔系统的自振特性及参数分析

为研究风力发电机高塔系统抗风、抗震等动力问题,基于有限元法对某12 MW风力发电机进行了模态分析,研究了各阶模态振型特性,并通过改变塔架高度、厚度以及叶片长度等尺寸变量,讨论各尺寸变量对风力发电机高塔系统自振特性的影响。对多组数值模拟工况结果进行函数拟合,得到置信度较高的拟合公式,确定了各尺寸变量与风机高塔系统自振频率的函数关系。研究结果可为风力发电机高塔系统结构动力分析提供理论依据,并对工程实践有一定借鉴意义。     

塔高对冷却塔风振系数的影响分析

风振系数是冷却塔结构抗风设计的关键参数之一,目前国内冷却塔结构设计规范给出的风振系数仅与地面粗糙度有关,而忽略了与之密切相关的结构自身动力特性的影响。本文针对三座体型比例相近而塔高不同的双曲线冷却塔,采用考虑背景、共振以及背景和共振分量之间交叉项的风致响应计算方法（一致耦合方法,Consistent Coupling Method-CCM）,分别考察了各自的风振系数数值及其分布特征,对比研究结果表明：冷却塔的塔高对其结构的风致动力响应影响明显,不同高度的冷却塔采用相同风振系数的通常做法值得商榷。本文结论可为冷却塔的结构设计和抗风安全性研究提供参考。     

“D”型截面复合材料塔头输电塔结构特性研究

输电塔主材改用复合材料,可有效减少输电线路占地,并减少电气间距达到压缩走廊的目的。复合材料区别于角钢,可以使用 “D”字型截面,提高了截面惯性抵抗矩。对各规格复合材料构件的截面进行了有限元分析,计算得到了截面特性参数。以某110 kV塔头复合材料塔为工程背景,建立了有限元模型,获得了其自振特性并与传统角钢塔做了对比,分析了参数不同的原因。使用基于时域法的风振系数计算,对位移均方根值、位移平均值、加速度均方根值的分布特点进行了研究,计算了各高度处的风振系数,并将结果与我国规范的取值进行了对比,结果可作为复合塔抗风设计的参考。