兆瓦级风力机塔架的有限元非线性屈曲分析

针对风力机运行中出现塔架倒塌问题,以底部有塔架门的风力机塔架为研究对象,基于压杆稳定理论和有限元屈曲分析原理,采用有限元分析软件ANSYS的非线性屈曲分析方法,对一个兆瓦级风力机塔架在轴向压力作用下的屈曲特征值和屈曲模态进行了分析计算。结果表明:塔架门的存在,会降低薄壁塔架屈曲临界载荷值,降低同种工况下塔架抵抗屈曲失稳的能力,且塔架门附近的最大等效应力明显增大,需进行强度校核。     

基于MW级风力发电机塔架的有限元分析

讨论了MW级风力机塔架的有限元静力及稳定性建模分析和有限单元类型的选取及计算方法,并以1.5MW某风力发电机塔架为例,对风力发电机塔架结构进行了静力分析和稳定性分析.得出塔的截面按照变截面来进行设计是合理的,分段式塔架是一种合理的结构,各段塔架所受应力不等;塔架稳定性取决于其一阶屈曲临界载荷,荷载作用下塔架的应力最大处并不一定就是其屈曲薄弱点,而应力较大且挠度较大的薄壁部位,是发生屈曲失稳的危险点.     

某雷达薄壁升降塔抗屈曲优化设计

采用有限元法对某雷达薄壁升降塔系统的屈曲问题进行了分析,针对底部塔架抗屈曲能力弱的问题,基于多学科优化软件Isight和有限元分析工具ANSYS建立了优化模型,采用多岛遗传算法对其进行了优化,并对比分析了优化前后塔架结构的抗屈曲能力和刚强度变化,结果表明,在保证结构刚强度基本不变的前提下,优化后底部塔架的抗屈曲能力提高了26%。     

基于混合仿生设计的风力机塔架

本文为风力机塔架的混合仿生设计提供了一种方法。为提高风力机机组整体安全性，基于混合仿生设计方法，提取竹子竹节和问荆草茎截面特征，构造了由外塔筒、内塔筒、法兰盘（加强节）和加强肋板组成的两种仿生塔架（FS1和FS2）。运用ANSYS Workbench软件对比研究原型塔架和两种仿生塔架的静动态性能和屈曲稳定性。结果表明：内塔筒为圆形的FS1塔架力学性能更好。与原型塔架相比，FS1塔顶最大位移和门洞附近的最大等效应力分别降低了17.6%和23.83%,1阶固有频率和1阶临界屈曲载荷分别提高了5.2%和23.12%，充分证明仿生塔架FS1具有更好的抗弯性能和稳定性。     

基于无网格法的风力发电机塔架门框强度分析

针对风力发电机的塔架门框强度分析中，传统有限元方法建模复杂耗时的问题，提出一种基于无网格法的仿真模型。采用ANSYS和Simsolid软件，分别建立五组机型（3.6～6.25MW）塔架门框的有限元和无网格仿真模型；计算塔架变形、门框极限应力，以及焊缝热点应力，比较两类模型的计算结果。研究结果表明：两类模型计算塔架变形趋势一致，最大位移相对误差0.94%～1.87%；在门框、焊缝极限应力方面，模型的相对误差分别在0.36%～4.63%之间、-0.50%～3.38%之间；无网格法在刚度、应力计算可靠的同时，建模效率显著提高，为塔架门框快速仿真评价提供了一种新的研究思路。     

自制多功能焊接机架在风力发电机组塔架焊接中的应用

通过对传统风电机组塔架焊接生产线不足的分析,介绍了两种用于风力发电塔架外侧焊缝焊接的焊接辅助设备,一种是利用车间厂房立柱用于风电塔架外侧焊缝焊接的多功能焊接机架,另外一种是龙门式风电塔架焊接支架。该套辅助设备具有结构简单,操作方便,场地占用极少,使风电塔架焊接作业生产效率更高、生产成本更低、高空作业安全风险降低等优点,对风电塔架生产具有很积极促进的作用。     

大型风电机组塔架门洞结构强度分析与优化

塔架是大型风电机组的重要组成部分．塔架门洞区域是最容易出现破坏的位置之一。通过对某1500kW风电机组塔架门洞区域的仿真分析,考虑了正常发电状态和基本等待状态两种不同工况下的门洞结构强度,重点分析了塔架所受的风压载荷对门洞的影响;同时对门洞区域进行了必要的屈曲稳定性计算,得到了屈曲稳定系数。根据计算结果,在满足设计、制造的安全性和合理性前提下,对门洞结构进行了优化,改善了门洞的应力分布,并在制造过程中节省了大量材料。     

直驱式抽油机圆筒形塔架的稳定性分析

基于ANSYS Workbench软件对某石油装备公司的新型高效节能20型直驱式抽油机塔架的稳定性进行了分析研究,建立了塔架的三维有限元模型,针对不同塔架管壁厚度模型和不同塔架联接方式模型分别进行分析计算,找出各模型的一阶临界载荷特征值及一阶屈曲模态振型,得到不同管壁厚度和不同联接方式对圆筒形塔架稳定性的影响规律,为该系列新型高效节能抽油机的塔架结构设计、塔架有限元分析提供方法思路,为后续塔架结构的优化设计分析提供必要的数值依据,并提高产品的核心竞争力。     

凸面受压碟形封头的屈曲分析

利用有限元法和水压试验相结合的方法对凸面受压碟形封头的屈曲行为进行研究。基于ANSYS软件对凸面受压碟形封头进行了非线性有限元分析,采用特征值屈曲分析和非线性屈曲分析相结合的方法,并利用弧长法,计算出结构的临界屈曲载荷值,同时结合水压试验验证。研究结果表明,碟形封头发生了屈曲失效,发生屈曲的位置在靠近筒体纵焊缝的碟形封头上,并且水压试验的结果验证了有限元分析的可行性。屈曲分析的结果对碟形封头的优化设计具有指导意义。     

大型门式起重塔架的稳定性分析

大型门式起重塔架由于工作高度超过百米,在水平风载的作用下,塔架结构体系的几何非线性效应十分显著.通过对塔架体系进行稳定性的非线性屈曲分析,验证了高空风载对塔架结构稳定性的影响,进一步分析了统风钢索对增强塔架结构整体稳定性的重要作用,并依此提出了改进方案;这些分析同时为塔架系统的设计及优化改进提供了理论依据.     

风力机塔架模态分析及应用

以某大型风力机塔架为例,对塔架进行了动力特性计算,利用ANSYS有限元软件完成建模和模态分析,分析中考虑了塔顶上方机舱总质量、塔底基础质量及塔架基础约束刚度的影响;计算结果表明塔架与叶轮不会发生共振,为塔架安全运营和进一步研究风力机塔架的结构动力学分析提供了依据.     

基于VB和ANSYS的风机塔简参数化建模与分析

为了高效、快速地建立风机塔筒的有限元模型并对其进行有限元分析,对系列机型塔简模型的结构进行了全面的研究,采用ANSYS提供的APDL语言和命令流编程的方法,开发了一种风机塔筒的有限元参数化建模、分析及后处理程序,用可视化界面语言VB对其进行了封装。以塔简模型分析为实例,跟传统方法作对比,对该程序进行了验证。研究结果表明,该程序能够提高有限元模型的建模效率,缩短了塔筒的设计周期,并且简单实用,为类似问题的解决提供了一条新途径。     

海上风力机塔架在风波联合作用下的动力响应数值分析

分析海上风力机塔架复杂的外界载荷工况,研究海上风力机圆筒形塔架在随机风载荷和波浪载荷作用下的动力响应数值分析方法。研究作用在圆筒形塔架上的气动力特别是非定常气动力与雷诺数的关系;应用线性波理论来仿真非规则的海浪,分析作用在圆筒形塔架上的波浪载荷,通过坐标变换,将二维线性波理论扩展为三维线性波理论,相应地,将平面的莫里森(MORISON)波浪力系发展成空间力系,建立波浪力的分析计算模型,以适应三维空间的分析和计算;编制非规则线性波浪力分析程序。用有限元数值分析方法,将圆筒形塔架用空间梁单元建模,求解塔架在风波联合作用下的位移、速度、加速度以及应力响应等。针对一台1.5 MW海上风力机塔架动力响应分析的算例表明：为整个海上风力机系统气动弹性分析、风力机塔架振动分析和疲劳寿命分析等提供实用的分析方法。     

叶片安装误差引起的不平衡质量对风力机塔架振动的影响

利用ANSYS建立了塔架的柔性体模型,并对其进行了模态分析,同时在考虑叶片安装误差引起的不平衡质量的基础上,利用ADAMS建立了把塔架作为柔性体的风力发电机系统的柔性体模型,研究了风速变化和变桨引起的风力发电机塔架上方各部件重心的变化对塔架振动的影响,得到了基于上述因素综合作用下的振动分析和动载荷分析结果,为塔架的优化设计提供了更准确的依据.     

兆瓦级风力发电机组耦合振动仿真分析

风力发电机组在自然条件下运行时,作用在叶片上的空气动力载荷、重力载荷、惯性载荷等交变载荷将使叶片和塔架产生耦合振动。为了得到其在额定工况下各阶模态振型,判断系统运行的稳定性,以沈阳工业大学SUT-1000风力发电机组为例,对其进行动力学分析。将叶片和塔架进行离散化处理,在叶片上模拟施加气动载荷,应用MSC ADAMS进行仿真分析,得到了系统的各阶模态。分析结果对风力发电机组的总体优化设计提供了理论依据。     

风力发电机组塔筒门框段屈曲分析

塔筒屈曲稳定性分析是保证风力发电机组安全的重要一环。塔筒门段部分形状不规则,存在门洞缺口效应,应力状态比较复杂。因此采用有限元方法计算了有门框塔筒门段模型、无门框塔筒门段模型,获得修正系数,再结合GL规范和DIN 18800-4对塔架进行屈曲计算,校核塔筒门框段的屈曲稳定性。以实例计算了塔筒门段的屈曲,并给出了结论,验证了分析方法的正确性。     

基于Comsol Multiphysics的海上风力机塔架模态分析

塔架是风力机的主要支撑装置,鉴于海上特殊的工作环境,塔架振动在所难免。以海上3MW风力机塔架为对象,应用有限元分析软件Comsol Multiphysics对其进行模态分析,除了考虑叶轮激励频率的影响外,还要研究波浪频率对塔架的影响,通过求解有限元特征方程,得到前六阶固有频率及振型,确定引起塔架与外部激励共振主要取决于塔架的低阶频率;摆振是风力机塔架的主要振动,造成塔架顶端振幅较大。通过进行模态分析,为塔架设计、安全运行和结构动力学分析提供更可靠的理论依据。     

动态气动载荷和构件振动对风力机气弹特性的影响分析

通过建立气弹耦合分析模型,研究叶片、塔架等构件的耦合振动对叶根气弹载荷的影响以及在静、动态气动模型下的叶根和塔底气弹载荷的差异。采用"超级单元"模型,将叶片、塔架和主轴离散为通过转动铰和弹簧、阻尼器连接的刚体系统,以反映这类构件较大的弹性变形和非线性振动。在叶素动量理论(Blade element momentum,BEM)基础上,引入Beddoes-Lesihman动态失速模型,以反映气动载荷的动态特性。应用计算多体动力学理论和风力机气动模型,建立受约束的风力机系统气弹耦合方程。算例以某5 MW风力机为研究对象,通过施加不同的约束条件,研究风轮以外其他构件振动对叶根气弹载荷的影响;通过静、动态气动分析模型,考察叶根和塔底气弹载荷的动态耦合效应。分析表明,塔架、主轴等构件的运动会显著影响叶根的气弹载荷;叶片的动态失速特性也对叶根的气弹载荷和疲劳载荷谱有较明显的影响。研究工作对于保证风力机安全稳定运行和疲劳寿命设计有重要的作用。     

极端服役环境下的风电机组塔架结构参数优化研究

以大型风电机组塔架为对象,开展了极端服役环境下的塔架结构参数优化设计研究。采用壁厚分段式线性变化结构对塔架进行描述,介绍了基于BEM理论的风电机组气动载荷分析方法,运用有限元仿真分析塔架结构参数与极限载荷作用下的应力以及结构参数与固有频率的关联特性,采用支持向量机(SVM)方法分别构建了结构参数与应力、固有频率的快速计算模型。以质量最小为目标,强度、固有频率和边界条件为约束对塔架结构参数进行了设计优化,引入遗传算法(GA)进行优化求解。对某2MW风电机组塔架进行实例设计研究,结果表明优化后的塔架质量减小3.5%。 