基于频域分析垂直轴风力发电机组旋转主轴的风致动力疲劳

使用ANSYS有限元软件研究在风荷载作用下垂直轴风力发电机组(Vertical-axis wind turbine,VAWT)主轴在旋转状态下的风致动力疲劳问题.首先,在频域内,研究在脉动风作用下机组旋转主轴(转速为15.5 m/s)三个关键位置处的风动力响应特性.然后,基于机组旋转主轴风动力响应的计算与分析,对机组旋转主轴进行风致动力疲劳分析,计算其疲劳寿命耗用系数,以评价该机组旋转主轴的工作状况.     

土基海流耦合条件下海上风电场塔架支撑结构动力特性初探

针对海上风力机塔柱支撑结构受到土基、海洋流体作用的复杂特点,开展多介质耦合条件下塔柱支撑结构动力特性研究。在考虑流固耦合基础上,进一步考虑海床土基弹性条件对塔柱结构动力特性的影响。最后得出了水流、土基与塔柱结构三合一综合动力特性分析结果,初步取得了变化规律。研究结果对海上风电场塔架支撑结构的抗振设计及进一步的研究提供了重要基础性参考依据。     

改进的风力发电机组噪声音调评估方法

摘要：针对目前风力发电机组（Wind Turbine,WT）噪声音调评估方法的不足,提出了相应的改进方法。首先,采用Gabor阶比分量提取技术从WT运行状态下采集的噪声数据中,提取出与WT本身音调相关的噪声信号,消除了用停机状态下背景噪声修正开机状态下的WT噪声所造成的误差;然后,利用基于转速的最优分割法将一分钟WT噪声信号划分为尽可能平稳的子段信号,避免了由非平稳信号FFT变换引起的频率混叠现象;最后,采用基于谱平面的音调判定法代替IEC标准中基于心理声学模型的音调估计法,消除了初始音调预测的误差并简化了音调辨识的过程。新疆达坂城的试验研究表明,提出的音调改进技术能够消除IEC中音调辨识方法的不确定性和不一致性,在WT的音调噪声评估中具有良好的应用前景。     

基础冲刷对海上风电场塔架支撑系统动力特性的影响分析

针对海上风力机塔柱支撑结构受到土基、海洋流体的复杂作用的特点,建立三维有限元数值模型,开展不同海床冲刷深度条件下支撑系统结构的动态特性,探讨其变化规律,为海上风力机支撑系统的动力稳定设计提供科学依据。     

超高耸结构台风期间动力特性监测

主要做了以下几个方面的工作:(1)利用GPS等多种传感器,建立广州新电视塔的健康监测系统;(2)采用一种仅基于输出响应的模态识别算法(频域分解法),结合台风期间所测得的加速度响应识别了广州新电视塔的前十阶模态参数;(3)用图、表和有限元模型描述了电视塔在台风期间的形变状态,揭示其动力特性。具有理论创新和较好的应用借鉴作用。     

网架结构动力分析的三次样条辛算法

根据对偶互补的思想,建立了网架结构动力学的相空间非传统Hamilton型变分原理。这种变分原理不仅能反映这种动力学初值-边值问题的全部特征,而且它的欧拉方程具有辛结构。基于该变分原理,空间域采用有限元法与时间子域采用三次样条函数插值的时间子域法相结合,构造了求解网架结构动力响应的一种辛算法,给出了逐步递推计算格式。数值算例结果表明,这种新方法的稳定性、计算精度和效率都明显高于Wilson-θ法和Newmark-β法。     

MTMD控制下随机结构的动力可靠度分析

考虑到实际工程结构的不确定性,基于遗传优化的神经网络响应面法,进行了MTMD控制下随机结构的动力可靠度分析,并对TMD及MTMD控制下结构的动力可靠度进行对比。该方法不仅具有传统神经网络响应面法的特性,而且引进了遗传算法的全局随机搜索的优点,可以精确地逼近随机结构的功能函数表达式,有效地减少用JC法求解可靠度指标的迭代次数,节省时间。算例分析表明了本文方法的有效性和准确性,对于随机结构,MTMD比TMD能更好地提高结构的动力可靠度。     

风力发电机组防雷设计

由于雷电现象具有非常大的随机性,因此不可能完全避免风电机组遭受雷击,只能在风电机组的设计、制造和安装过程中,采取防雷措施,使雷击造成的损失减到最小。从雷电发生的机理和雷击过程入手,对风电机组的防雷技术进行阐述分析。     

深水锚泊线串联浮筒系统的动力特性分析

在时域范围内建立深水锚泊线串联浮筒系统的动力分析模型,考虑锚泊线和海床之间的接触作用,基于Morison公式计算锚泊线的惯性力和拖曳力荷载,并利用单根锚泊线由于上部浮体运动而吸收的能量来计算锚泊阻尼。分析串联浮筒系统对锚泊线张力和阻尼的影响特征,进而对串联浮筒的大小和所处位置进行参数敏感性分析。该结果对深水浮式平台锚泊系统设计中如何有效地减小锚泊张力具有实际意义。     

边界条件设置及输入地震波特性对边坡动力响应影响分析

对有限计算域边界处理是边坡动力有限元计算的重要问题之一,本文利用有限元弹塑性动力分析方法,把边坡动力响应分析中边界条件设置概括为5种情况,输入3条实测地震波,研究边界条件设置和地震波特性对边坡位移响应、加速度响应以及频谱的影响。研究表明设置不同的边界条件及输入不同地震波,边坡动力响应结果有显著差异。研究结果有助于进一步揭示边坡在地震作用下的响应特性,为边坡的动力破坏机理研究和提高边坡稳定性分析评价的可靠性奠定基础。     

长周期地震下风力发电塔架结构地震反应分析

转子-机舱组合体(Rotor-Nacelle Assembly, RNA)又称风机机头,常用的简化模型包括点质量(RNA_M)、偏心点质量(RNA_ME)、偏心点质量-转动惯量(RNA_MEJ)和刚性机舱-刚性叶片(RNA_RB)。该文基于NREL 5MW单桩式海上风机原型,使用Abaqus软件分别建立包含这四种RNA简化模型的风机模型,以刚性机舱-可变形叶片(RNA_FB)风机模型为基准,分析不同的RNA简化模型对风机结构特征频率和地震响应的影响。研究结果表明：对于只涉及支撑结构1阶模态的问题,四种简化RNA模型计算的频率均是准确可靠的;当涉及支撑结构的2阶模态或/和扭转模态时,应采用RNA_MEJ、RNA_RB或RNA_FB模型;当涉及支撑结构的更高阶模态时,应采用RNA_FB模型。对于风机结构地震响应分析,RNA_MEJ与RNA_RB模型计算的结构响应更准确,但它们的大多数结构响应峰值的最大相对偏差均超过了10%,在实际工程应用时应慎重使用这些RNA简化模型。     

铰接式基础风力机数值程序开发与响应研究EI北大核心CSCD

针对50 m作业水深提出了一种新型铰接式基础海上风力机结构,建立了铰接式基础风力机(AOWT)摇摆运动分析模型。采用空气动力-水动力耦合分析方法,利用MATLAB软件在时域内编写运动控制方程,对风、浪、流不同环境载荷作用下铰接式基础风力机的动力响应进行分析,在此基础上,进一步研究湍流风对风力机整体运动及载荷响应影响。计算结果表明,额定风速海况下,铰接式基础风力机运动及载荷性能良好,满足结构设计要求。相比于定常风情况,湍流风作用下,系统响应均值显著减小,但幅值变化加大,且在低频范围内诱发较大共振。     

近海风力发电高塔波浪随机动力响应分析

基于拟层流风波生成机制建立的随机Fourier海浪模型,采用概率密度演化理论研究了近海风力发电高塔在随机波浪作用下的动力响应问题,给出了结构响应概率密度函数的时间演化过程、概率密度等值线图及其均值和标准差.其中随机波浪力由线性波浪理论和M0rison公式计算.结果表明,概率密度演化方法可以获得结构波浪动力响应的时变概率密度函数和等概率密度响应轨迹.据此计算的均值及标准差与Monte Carlo计算结果吻合较好.     

地震动方向对海上风力发电机动力响应的影响

叶轮-塔架耦合及气动阻尼作用使得海上风力发电机前后向、侧向动力特性存在差别.针对NREL5MW单桩式海上风力发电机,通过理论分析,探讨海上风力发电机前后向与侧向振型、阻尼特性的差异;然后,针对停机和运行两种工作状态,采用气动-伺服-水动-弹性完全耦合方法,分析输入地震动方向影响海上风力发电机结构动力响应的规律,探讨最不...     

海上风机单桩基础受船舶撞击的数值研究

目前国内没有海上风机受船舶撞击的相关规范和损伤评估标准,以国内某单桩基础海上风机为例,运用LS-DYNA软件从能量变化、最大撞击力和风机响应角度对风机受船舶撞击过程进了分析,并提出面积受损率来评估风机受损程度。分析结果显示:船舶初始动能在分别不超过约35 MJ、35 MJ、25 MJ时,最大撞击力与船舶质量的1/3次方、速度、撞击角度的正弦值成线性关系,超过时线性关系不再明显;面积受损率能合理反映单桩基础的受损区域和受损面积。     

风力机塔架结构研究概述

塔架作为风力机结构体系的重要组成部分,起到支撑上部结构质量、承受动载荷的作用,保障了风力机的正常运行.对塔架结构研究进行总结概述,能够完善风力机结构设计理论体系.从工程实用角度出发,以风力机塔架结构的刚度、强度、稳定性以及抗疲劳性能为核心,围绕结构选型、静动态特性、屈曲特性及疲劳特性等要点问题进行综述,回顾了各领域不同研究阶段的国内外成果,同时,介绍了新型塔架结构设计、随机荷载动力分析以及非线性屈曲与疲劳特性分析等前沿热点问题的研究进展.总结了上述要点问题的研究现状,详细阐述了相关技术的原理和应用,梳理其发展脉络,并对未来研究趋势进行了展望.内容涵盖了风力机塔架结构的各主要设计指标,能够为风力机塔架设计与分析提供指导.     

大功率风电齿轮箱系统耦合动态特性研究

大功率风电齿轮箱为风力发电机组关键部件之一,其工作特性对风电机组稳定运行具有重要影响。针对某大功率风电齿轮箱参数及工况,考虑斜齿轮副时变啮合刚度和传递误差激励,建立齿轮箱传动系统子结构模型;基于均匀弯曲Timoshenko理论,建立齿轮箱箱体子结构模型;根据传动子结构和箱体子结构系统变形协调条件,建立大功率风电齿轮箱系统耦合动力学模型,对系统振动响应进行计算分析。研究表明:各级齿轮啮合激起结构响应频率,结构响应频率与系统齿轮啮合频率未发生共振;在系统振动加速度响应频率成分中,除三级齿轮传动啮合频率外,存在调频现象,并将研究结果与试验结果进行对比分析。     

基于假设模态法的风力机动力学分析

采用Kane方法建立风力机系统动力学模型,并使用假设模态离散化方法对其进行柔性化。结合修正的BEM理论计算得到的风轮气动载荷,并在Fortran环境下编程建立风力机整机的系统动力学数学模型,完成对风力机的随机响应分析。以某型2.5MW风力发电机组为研究对象进行分析计算,将分析数据同国际权威计算软件GH Bladed数据比较。比较表明,该分析模型可以较好的模拟风力机的动力学特性,同时兼顾了较少建模计算时间和较高分析精度两个优点,近而验证采用假设模态法进行风力机动力学分析是一种行之有效的方法。     

Evaluation of fatigue damage model predictions for fixed offshore wind turbine support structures

This work deals with the evaluation of the spectral fatigue damage prediction of a tripod offshore wind turbine support structure subjected to combined stochastic wave and wind – induced loads. The stochastic loadings are defined using the sea states based on a scatter diagram related to the North Atlantic. Further, the power spectral density of the hot spot stress is estimated accordingly. The prediction of fatigue damage is evaluated in several spectral fatigue damage models including the Rayleigh, Wirsching–Light, Tunna, α_0.75, Tovo and Benasciutti, Zhao–Baker, Rice and Dirlik models. Critical hot spot locations, which experience the most fatigue damage, are analysed based on the finite element method and the S–N fatigue damage approach. The time-domain solution based on the rainflow cycle counting method is assumed to be the “real” data and the model that best fits the fatigue damage of the wind turbine support structure is identified with the Akaike’s Information Criterion.