超大口径天线结构的风振响应

为明确大型天线结构风振响应特性,以待建的110m全可动天线为研究平台,对其展开各迎风姿态下的风荷载特性分析。根据刚性模型风洞试验结果,探讨了反射面平均风压分布规律及最不利风向角。在此基础上,采用基于随机振动理论的非线性时程分析法进一步对结构的风致动力响应展开研究,总结了风振响应特性。结果表明,该结构自振频率分布密集,结构较柔,其风振响应是一个窄带过程,振动能量随着俯仰角的增大而逐渐提高,且高阶振型逐渐对风致振动有所贡献。该成果可为天线结构抗风设计提供较为全面的荷载取值参考。     

敞开型大跨度屋盖结构风振响应的风向效应

基于刚性模型风洞试验,在不同风向角下对巴哈马国家体育场结构的表面风压进行了测量,根据模型测压结果,对模型的表面风压分布特点与机理进行了分析.在计算出屋盖平均风荷载作用下响应的同时,根据随机振动理论并结合结构的整体有限元模型,编制程序计算了屋盖结构的风振响应.计算与分析表明,对于敞开型大跨度屋盖,在不同的风向条件下由于建筑物的干扰效应不同,引起气流绕屋盖结构所形成的风场有着很大的不同,风向不仅影响结构在平均风荷载作用下的响应,也影响结构在脉动风荷载作用下的风振响应,因此对此类屋盖结构进行抗风验算与评估时应充分考虑风向的影响.     

风雨共同作用超大型冷却塔气动力和受力性能

为定量评价雨荷载对超大型冷却塔气动力和风效应的影响,以国内某在建世界最高的220m超大型双曲线间接空冷塔为例,基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,简称CFD)方法对冷却塔周围风场进行数值模拟,验证模拟结果的有效性后添加离散相模型(discrete phase model,简称DPM)进行雨强为50mm/h的暴雨模拟,系统分析了风雨共同作用下冷却塔表面流体绕流特性、风雨荷载特征值及平均压力系数的变化。在此基础上,采用有限元方法分析了风荷载和风雨荷载共同作用下超大型冷却塔风致稳定性和受力性能。研究表明:冷却塔表面所受总雨荷载占总风荷载的6.71%,部分区域内雨压系数可达0.07以上,与风压系数的比值最高可以达到26.98%;相比于风荷载,风雨荷载共同作用降低了冷却塔整体屈曲稳定和局部稳定性能,增大了塔筒、支柱和环基结构内力响应,屈曲位移最大增量达10%,0°子午向轴力最大增量达17.4%。该结论可为此类大型冷却塔结构抗风/雨荷载设计提供参考依据。     

基于ANSYS的辅助变压器柜结构模态分析及稳态响应研究

对辅助变压器柜体建立了有限元力学模型,应用有限元方法对在偏心载荷下的柜体进行模态和谐响应分析计算,从理论上得到柜体动态力学特性和稳态响应,确定了辅助变压器柜在振动激励频率（0～99Hz）下的振动显著位置,提出柜体结构优化的方法.分析结果表明,优化后的柜体整体振动速度和振幅均有明显降低,同时也为其他同类产品的设计提供了参考.     

支持式管母线风致振动数值仿真分析

支持式管母线在野外长期服役期间经常遇到风致振动的问题。本文采用数值模拟方法,对支持式管母线抗强风振动特性及阻尼对振动的影响进行了分析。计算了管母线简化模型的固有频率和振型以及受到风荷载作用时的变形特征,采用静态算法和动态算法对比分析了阻尼线对管母线抗风振动所起到的作用。进而对支持式管母线全尺寸结构在风荷载作用下的动态特性进行了计算,分析了阻尼线及管母线结构阻尼对抗风振动的影响。结果表明,理想条件下,阻尼线能有效减小受风载后管母线简化模型的振动变形,但在真实全尺寸管母线结构中,由结构连接等形成的结构阻尼比阻尼线对管母线抗风振动的效果更为显著,有无阻尼线对真实结构振动特性不产生明显区别。     

单回路500kV输电塔风致响应参数分析

首先,对典型单回路500kV高压输电塔进行了有限元模态分析;然后,利用基于非定常风荷载的风致动力响应频域分析方法,对单回路高压输电塔风致响应进行了参数分析;最后,详细探讨了参振模态数目、模态交叉项、结构阻尼比等参数对响应的影响。结果表明:输电塔上部节点考虑前三阶整体振型(两水平向侧弯和扭转)就能保证足够高的位移计算精度;参振模态数目对加速度响应值有较大的影响,随模态阶数的增加,加速度响应单调增大;基底弯矩主要由各方向一阶侧弯振型贡献。输电塔对阻尼比的变化敏感,随着阻尼比的增大共振响应明显减小,阻尼比对响应低频部分的影响基本可以忽略。此外,在单回路酒杯型输电塔频域响应分析中,可不考虑模态交叉项的影响。     

基于HFFB试验的结构广义荷载与风振响应分析

采用高频测力天平风洞试验技术得到的结构基底弯矩和扭矩进行结构风振响应分析时,只能考虑横向线性振型和扭转向常数型振型,忽略了结构高阶振型对结构响应的贡献。在分析高频测力天平风洞试验测试数据的基础上,以修正线性(常数型)振型广义荷载谱方法为依据,推导得到了结构横向和扭转向各阶振型广义荷载谱。同时,利用此各阶振型广义荷载谱进行了3种典型的格构式高耸结构气弹模型风振响应评估。通过比较气弹模型风洞试验结果和计算结果可知,当考虑振型修正、高阶振型和气动阻尼比后,计算结果与试验结果吻合较好,验证了推导得到的高阶振型广义荷载谱的准确性。     

高空作业车风振响应的频域特性分析

针对臂架类高空作业车在脉动风载荷作用下的动力特性复杂,传统方法难以反映其动力反应的不足,提出了基于有限元法和虚拟激励法的高空作业平台风致振动响应分析方法。将脉动风荷载引起的振动看作多点相干平稳随机激励下的随机振动,采用不随高度变化的Davenport风速谱,并考虑多点风激励的相关性,以某型折臂式高空作业车为算例,进行了风振响应分析,得到了高空作业平台在不同速度风荷激励下的位移、加速度响应谱和均方根。分析结果表明,低阶频率会引起作业平台较大的振动,竖向1/3倍频程加速度均方根低于国际标准,对作业人员的舒适感无明显影响。     

基于模拟脉动风场的铁路接触网风振响应分析

研究了铁路接触网系统在风载下的动态响应特性.首先,采用ANSYS软件建立了腕臂结构的有限元模型,根据找形理论确定了悬挂系统初始形态.其次,采用谐波合成法模拟了运行现场的脉动风场,并对系统在风载荷作用下的动态响应进行了分析.通过与现场实测数据的对比,分析了接触网系统的风致振动响应特点.     

尾流作用下风机振动的控制研究

上游风电机组的扰动效应使风机尾流处风场湍流强度增大,因此,下游风电机组的疲劳荷载显著增大。为了降低下游风电机组的风致响应,利用调谐质量阻尼器与旋转惯性双调谐质量阻尼器,开展尾流作用下的风机结构振动控制研究。采用致动线方法,实现了风机尾流风场仿真,风场数值仿真结果与实验值吻合;依据广义坐标理论,编制陆上风机结构风致响应分析程序,以实现读取任意风场数据并考虑旋转叶片与塔体耦合时变结构的风机整机风致动力响应分析,自编程序计算结果与商业程序基本吻合;采用调谐质量阻尼器与旋转惯性双调谐质量阻尼器对下游风电机组进行振动控制,降低风电机组风振响应,减小疲劳荷载。     

风力发电机在地震-风力作用下的载荷计算

为了对风力发电机在地震一风力作用下的受力情况进行仿真计算,采用多柔体系统动力学理论建立了风力发电机结构动力学分析模型,并在FORTRAN下编程实现;采用动态入流理论进行气动载荷计算,用Eurocode8生成地震谱。以某企业开发的大型风力机为对象,应用该方法,首先进行了模态分析和地震载荷谱计算,同权威计算软件GHBladed计算结果的比较表明,建立的计算模型正确可行;然后,对该风力机在地震一风力联合作用下的载荷进行了计算,结果显示,此时风力机所受载荷比正常情况下高出许多。     

风电行星齿轮系统变载荷激励动力学模型及其响应特性

针对风电行星齿轮系统变载变速的运行特点,通过分析系统构件为刚体和弹性体时的受力情况,应用运动合成原理,提出了变载荷激励下行星齿轮系统动力学模型的建立方法,并推导出系统的运动微分方程。在此基础上,分析了行星齿轮系统的内外部激励因素及其对系统动载荷和动载系数的影响机理。计算并分析了某MW级风电行星齿轮系统的动态响应,结果表明：系统的时变啮合刚度和时变轴承刚度主要影响响应频率的数值大小和系统的振动能量;外部变载荷使响应频率中存在明显的低频成分,并影响各阶振动间的能量分配;齿轮啮合力的动载系数主要受到外部变载荷的影响,而轴承力的动载系数同时受到系统内部激励和外部激励的影响。研究结果为风电齿轮箱的疲劳寿命分析和动态优化设计奠定了基础。     

飞机舱门地面风载响应特性研究

为了保证舱门机构具有高的静态结构刚度、优良的动态结构性能,研究了自然界中脉动风的风谱及其数值模拟方式,介绍了采用风速功率谱密度方法进行随机风载分析的过程,建立了一个舱门打开状态的完整计算模型,分析了舱门在静态风载和动态风载下的位移响应。结果表明动态风载响应约为静态风载响应的４０．８％,研究结果为该型飞机舱门的设计提供了一定的理论依据。     

暴风雪下塔设备可靠性分析

利用数理统计方法,分析某地区的月平均风速极大值样本,得到其分布参数,进而确定基本风压的分布参数。根据塔设备实际载荷情况,修正了暴风雪情况下工作载荷的力学模型。在塔设备可靠性分析过程的风力计算中引入动态特性系数,更合理地考虑了暴风雪情况下风、雪载荷的不确定性。得到的应力结果符合极值分布,同时也体现了塔设备在暴风雪下风载荷产生的应力的随机性。综合分析风载荷、地震载荷和偏心载荷所产生轴向应力后,建立了可靠性分析的计算方法并进行了实例分析,其结果可为制订塔设备可靠性设计标准作为参考。     

基于动力学的风电增速箱多级齿轮传动系统可靠性评估

针对风力发电机齿轮传动系统在变风速工况下失效率高的问题,在模拟真实风速的基础上,建立了考虑外部随机风载及内部轮齿时变啮合刚度、轴承时变刚度、综合传递误差等激励因素的风力发电机齿轮传动系统齿轮-轴承耦合动力学模型,通过对动力学模型进行仿真计算,得到了各齿轮副的动态啮合力和各支承轴承的动态接触力,并求得齿轮的使用系数、齿轮和轴承的载荷系数。在此基础上,建立了基于动力学的风电齿轮传动系统可靠性评估模型,并求得了各零件及传动系统的可靠度,较全面地评价了随机风载作用下风力发电机齿轮传动系统的可靠性,为风力发电机齿轮传动系统可靠性设计和动态优化奠定了基础。     

运行工况下风电传动系统机电耦合建模及其动态特性分析

为研究风电传动系统在变速变载运行工况下的机电耦合动态特性,构建的包括齿轮系统动力学模型、永磁同步发电机有限元模型以及风机运行控制模型的风电传动系统机电耦合模型,计入了齿轮时变啮合刚度以及发电机齿槽效应、磁饱和等非线性因素.仿真分析了风电传动系统在启动、发电运行工况下的动态响应和机电耦合动态特性.研究结果表明:启动工况下...     

内外压分别作用下冷却塔风振系数对比研究

现有冷却塔规范和文献中关于风振系数的研究和取值建议均针对外表面风荷载作用,并认为内压作用下风振系数与外压作用下的数值一致,这无法真实反映冷却塔内压引起的风振效应。为对比研究内、外压分别作用下超大型冷却塔结构的风振特性及风振系数,以国内某在建超规范限值高210m间接空冷塔为研究对象,首先,进行刚体同步测压风洞试验获取内、外表面平均和脉动风荷载;其次,建立塔筒-支柱-环基一体化有限元模型,采用完全瞬态法对超大型冷却塔在内、外压分别作用下的塔筒风振响应和风振系数进行了精细化计算分析,探讨了以塔筒径向位移、子午向轴力、Von Mises应力和环向弯矩4种典型目标响应下的风振系数取值标准,提炼出超大型冷却塔内、外压作用下的一维、二维和三维风振系数分布规律;最后,分别给出了此类超大型冷却塔内、外压作用下风振系数的取值建议和二维拟合公式。主要结论可为此类超大型冷却塔风振系数的精细化取值提供科学依据。     

离岸风机导管架式基座的动态响应研究

为了保证风力发电机组的安全运行,针对离岸风机导管架式基座在服役过程中受到恶劣海洋环境的影响易产生损伤的问题,提出了一种通过单点响应测量以监测离岸风机导管架式基座健康状态的方法。基于线性莫里森方程和随机波浪理论,建立了随机波浪栽荷模型,并通过耿贝尔(Gumbel)概率分布来预测极值波浪载荷的波高。以5 MW离岸风力发电机基座为算例,建立了完好的和损伤的离岸风力发电机基座的有限元模型,计算了离岸风机基座在极值随机波浪载荷作用下的动态响应。通过对动态响应信号的频域分析,获得了风机基座前3阶的固有频率,对完好和损伤两种状态下的离岸风机基座的动态响应的频率变化作了对比分析,得出了损伤对动态响应的影响规律。研究结果表明,通过该方法可以对基座健康状况进行分析,为离岸风机基座健康监测提供了一种可行的参考方案。     

海上浮式风电机组刚柔耦合结构动力学建模与分析

基于凯恩方法和模态叠加法对三叶片水平轴海上浮式风电机组进行了刚柔耦合结构动力学建模和分析。首先建立浮式平台的水动力载荷模型,然后,把塔架和叶片等柔性件离散为有限个刚性单元体,并采用模态叠加法计算每一离散单元的偏速度和偏角速度,最后采用凯恩方法建立刚柔耦合结构动力学模型。以美国可再生能源实验室（NREL）海上5MW半潜式风电机组为算例,结合气动力载荷模型和水动力载荷模型对所建立的模型进行了风、浪响应计算,主要从输出功率、叶尖及塔顶振动信号的耦合特性两个方面对海、陆风电机组进行了对比。     

某燃气轮机高压转子—涡轮抗冲击性能研究

燃气轮机高压转子—涡轮受到冲击载荷作用时,可能会导致燃气轮机的破坏。采用Hy-perMesh对某燃气轮机高压转子—涡轮进行有限元建模,并设置了边界条件,利用三角形变化历程分别从垂向和水平方向作为冲击载荷输入,对高压转子—涡轮进行冲击动响应计算和分析,结果表明高压转子—涡轮对加速度冲击载荷的动态响应特性与冲击载荷的峰值、加载方向有关,动叶片部位是高压转子—涡轮结构抗冲击的危险区域。所得结论对燃气轮机抗冲击方面的研究具有一定的参考价值。