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。     

两种不同基础的漂浮式风机载荷对比分析

根据海上风机建模和载荷计算,对比了半潜式、张力腿式和固定式基础机组在额定风速、切出风速及极限空转情况下瞬态时序及载荷统计值:三种不同基础的风机在机头部件的载荷差异不大;但整体上,半潜式要大于另外两种,当波浪达到一定程度之后,这种载荷差异表现更明显,尤其是塔底载荷。对于半潜式风机,主要是通过优化设计半潜平台、选择合理总体参数及特殊的控制策略等方法来降低其载荷。     

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。     

基于ANSYS的海上风机 重力式基础载荷施加形式研究

以海上风机重力式基础为研究对象,采用ANSYS有限元分析技术,对重力式基础风机载荷施加方式展开研究。提出了三种风机载荷施加方法,即基于载荷均布、MPC单元和材料力学理论方法。阐述了三种载荷施加思路,并分析了不同施加方法对结构受力特性的影响。     

基于神经网络算法的海上风机结构状态监测研究

针对目前海上风机结构状态监测研究很少涉及包括基础在内的整个结构体系,而现有模态分析方法某些情况下精度较差,且未经过工程验证的现状,本文采用静力分析与风机结构模态分析相结合的方法,分析并提取了各种环境荷载对风机结构响应显著的特征要数,建立了BP神经网络,提出了传感器的布置原则,并利用克里格插值得到了结构的分布云图。通过对比,神经网络与有限元计算误差在5%左右,具有较高的精度,且计算速度快,可为海上风机结构状态在线监测提供参考。     

一种适用于海上风机监测数据实时处理的方法研究

海上风机监测异常数据实时处理,对于风机结构体系功能与安全状态的分析评价,具有十分重要的意义。但现阶段对于异常数据实时处理方法的研究还有待完善。本文结合风机实时监测数据特点,采用具有自动调整参数功能的AR(n)模型预测算法进行异常数据实时处理,对处理机制进行了分析。应用该方法对某海上风机实时采集风速及多种传感器监测数据进行了处理,讨论了该方法的精度及处理效率,验证了该方法对于处理风机异常监测数据的有效性和适用性。     

基于土-结构相互作用的海上风机模态分析

利用ANSYS有限元软件,建立了海上风机“基础-塔筒-机舱-轮毂-叶片”耦联整体结构的有限元模型,分别运用m法和P-y曲线法分析了土-结构相互作用对海上风机整体结构的自振特性的影响,结果表明:土-结构相互作用对海上风机整体结构自振特性的影响比较显著,且P-y曲线法比m法更合理.     

海上风机整体结构动力模型试验设计

基于弹性相似律和佛汝德数(Froude)相似得到水弹性相似律,并考虑弯曲刚度相似,给出海上风机整体结构各参数原型和模型之间的相似关系。以NREL 5MW基准风机和5桩基础结合建立的海上风机整体结构为背景,根据相似律完成海上风机整体结构的模型设计。使用SACS软件分别建立海上风机原型和模型的数值模型,开展动力特性和在风机荷载作用下的结构响应分析,依据数值分析结果进行相似律的验证。     

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。     

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.     

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。     

基于AR模型的海上风机脉动风速时程模拟

为分析海上风机支撑结构及叶片的风振动力响应特性,基于线性滤波法中自回归AR模型,采用Kaimal脉动风速功率谱编制了具备时空相关特性的MATLAB脉动风速时程模拟程序;针对江苏如东黄海海域某4 MW级风机塔筒、叶片等结构进行了实例分析,得到结构表面各控制点模拟脉动风速时程曲线,并结合计算功率谱与目标谱进行对比验证;利用TurbSim软件对自编程序计算精度和效率进行比较。相关计算结果表明该程序简单易操作,所需参数较少;虽无法考虑湍流强度,但具有适用多种风机结构的优点;同时整体模拟效果良好,可有效解决风荷载输入问题。     

波浪对海上风机打桩过程的影响分析

如何在保证结构安全的前提下降低基础费用是推动海上风电稳定发展的关键因素之一,海上风机打桩分析方面的研究有助于降低基础的建造费用.目前现有的研究还没有考虑波浪和水深对打桩的影响,基于此,文章首先引入打桩的动力学方程、土体本构模型及波浪对海床的作用力的计算方法,而后以Thornton Bank海上风电场为例,应用Plaxi...     

海上风机基础结构全寿命期静动力特性有限元分析

对某海上风机基础结构全寿命期内各特定阶段的静动力性能进行了研究,分析了特定阶段内复杂荷载作用下的结构安全性与可靠性。计算结果表明,随着海上风机服役年限的增长,结构应力、基础变形、单桩受拔最大作用力、单桩受压最大作用力、基础结构固有频率等指标略有变化,结构安全可靠。同时对服役期止的风机基础结构海生物附着厚度的敏感性进行了研究,表明海生物生长厚度对基础结构自振特性敏感性较低。     

海上固定式风机基础的波流载荷数值计算分析

该文以某3 MW海上风机基础为研究对象,数值分析海上固定式风机基础在不同波流载荷作用下的高桩承台基础的波浪方向受力、水平方向总推力以及基础表面特征点压力变化情况,同时探讨水深对高桩承台基础载荷性能的影响。本文的计算工具采用基于开源平台OpenFOAM自主开发的naoe-FOAM-SJTU求解器,数值分析的重点集中在风机基础载荷、压力分布以及基础周边的涡流场分布,计算结果与对应的试验数据进行对比,同时有相应的规范计算结果作为验证。该文主要处理关于波流夹角、入射波浪高度和水深对高桩承台基础影响的计算分析结果,以及提供高桩承台基础受力的详细数据,对海上固定式风机基础设计有实际指导意义。     

海上风电基础自震频率及敏感性参数分析

以福建海域某海上风电工程为背景,通过SACS软件对单桩基础结构进行整机有限元模拟分析。分析影响海上风机基础在全生命周期中对频率的影响因素,并分析对比多个工况,用单参数变化的方法得到每个因素对整机模态的影响权重;得到敏感性分析结论,为今后海上风电单桩基础工程的整机模态控制提供相关参考。     

复杂荷载作用下海上风机故障停机分析

以10 MW固定式海上风机为研究对象，建立了风-浪-地震-故障海上风机整体耦合模型，模拟了发电机断网引发故障停机的过程，利用时频分析方法探究了该过程中海上风机结构响应机理。结果表明，风浪作用时结构响应的控制频率为风频和波频；地震作用时结构响应显著增加，海上风机的二阶频率成为控制频率；故障停机时结构响应进一步增大，顺桨停机显著激发了海上风机的基频，揭示了海上风机结构的安全性设计应充分考虑此类故障停机情况。     

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。     

钢筋混凝土式风机基础抗扭刚度计算试验研究

风电机组的基础整体抗扭刚度是复合地基基础设计的一项关键性参数。通过应用ANSYS建立有限元模型并对结构进行分析,提取和变换相应的刚度矩阵,确定包括地基在内的风机基础扭转刚度,最后与根据规范计算得到的结果进行比对验证,可知该简化的有限元方法可靠、有效,提供了一个对于计算复合基础扭转刚度行之有效的方法。     

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。