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。     

苗尾水电站厂房上部结构静动力分析

针对苗尾水电站技施图纸,建立了水电站厂房三维有限元分析模型,详细分析厂房荷载及其分项系数,计算厂房在静力典型工况下上部结构的应力、位移。运用反应谱分析方法,分析厂房上部结构的动力特性和动力响应,并对静力典型工况与地震工况计算结果进行比较分析。计算结果表明:结构位移滿足刚度要求;部分排架柱拉应力较高,是结构薄弱环节,可通过加强配筋来解决。分析结果为工程设计提供了参考。     

风、浪、流荷载联合作用下海上升压站结构动力响应研究

台风作用引起的极端荷载对海上升压站的安全性构成了极大的威胁。基于有限元软件建立海上升压站计算模型,采用线性滤波法的AR模型模拟脉动风,采用线性波浪叠加法及改进的JONSWAP谱模拟随机波浪场,研究了结构的自振特性和风、浪、流荷载作用下结构的动力响应特性。结果表明：海上升压站结构的各阶自振频率均不在共振频率影响区域,可以保证结构不会与波浪发生共振;结构的响应随着波浪重现期或者台风风级的增大而增大,风荷载是海上升压站结构的主控荷载;风、浪、流荷载联合垂直作用于结构轴面时,会产生极端应力、位移响应,结构设计时应当在支撑柱交接部位进行加强处理。     

排架渡槽流固耦合风振动力响应分析

以排架渡槽为研究对象,通过自回归滑动平均(ARMA)模型模拟脉动风,针对不同水深研究渡槽的动力特性,并采用任意拉格朗日-欧拉(ALE)方法对比分析了矩形渡槽和U形渡槽流固耦合体的风振动力响应.结果表明:对于等流量工况,U形渡槽较矩形渡槽基频低;在风荷载作用下,U形渡槽槽壁上的动水压力比矩形渡槽大,但U形渡槽的横向位移响应和倾覆力矩比矩形渡槽小.     

某水电站进水塔地震作用下鞭梢效应分析

采用时程法计算地震作用下某进水塔的动力特性,提取顶部排架柱的动力响应结果,分析顶部结构在地震作用下鞭梢效应所带来的放大增幅以及出现原因.分析结果显示:塔顶排架柱迎水向存在明显的鞭梢效应,动力响应规律与传统高耸结构相似,其中拦污栅排架柱顶部位移响应相对底部放大了2.02倍,加速度响应变化幅度达到84.18％;启闭机排架柱...     

屋架不同连接模拟方法对水电站厂房动力特性影响分析

研究水电站厂房屋架与上下游排架柱在不同连接方式下的动力特性,分别采用虚拟介质法（方案一）以及上游端简支、下游端铰支座（方案二）的两种螺栓连接模拟方式进行对比分析,计算厂房自振、在机组以及地震荷载作用下的动力响应。自振特性分析得出方案二提高了上部结构的刚度,但整体频率小,方案一更符合实际;在机组振动荷载作用下,上部观测点采用方案二时总位移最小,其余观测点采用方案一时总位移最小。对于厂房整体结构,方案一有利于减小结构的拉应力;在双向地震荷载作用下,方案一发电机层楼板以下最大动位移大于方案二,其余观测点小于方案二。综合比较厂房结构的振动反应,当屋架和排架结构间采用虚拟介质法模拟螺栓连接时,在机组和地震荷载作用下位移和应力响应峰值总体较小,抗振性能更好。     

高水头水电站压力钢管伸缩节动力安全研究

采用物理模型和数学模型相结合的途径,系统研究了不同运行工况下作用于高水头水电站压力钢管伸缩节导流筒的动水压力荷载和流激振动响应特性;通过数学模型研究了导流筒结构的振动模态特征以及结构的动位移和动应力等参数;根据水动力作用荷载及结构响应特征参数分析,提出了控制导流筒振动位移的优化布置方案。分析结果表明,优化布置方案对控制水动力荷载作用下产生的位移和应力取得了满意效果。     

大跨度上翻式拱形钢闸门振动特性及抗振优化

针对大跨度上翻式拱形钢闸门的水力结构特点,研制了闸门水弹性振动模型,通过水动力荷载特性、结构动力特性和流激振动特性等系统试验研究,反演了闸门结构的共振现象,取得不同工况下作用于门体的水流脉动压力荷载和闸门振动加速度、动位移及动应力等动力响应参数的数字特征和谱特征。针对存在问题,对闸门结构的底缘体型进行了修改,取得了良好的抗振优化效果。     

大跨度对拉式浮体闸门流激振动特性研究——以南水北调中线一期引江济汉工程对拉式闸门为例

为研究大型对拉式水工钢闸门的静动力特性及流激振动响应特性,以南水北调中线一期引江济汉工程拾桥河枢纽为依托,采用三维有限元方法对闸门结构进行静动力分析,并通过水弹性物理模型试验监测成果,验证结构分析的合理性以及闸门在不同运行工况下的振动特性,获得了作用于闸门结构的水流脉动压力荷载,取得了闸门结构在流固耦合条件下的固有振动模态参数,揭示了闸门结构在不同运行工况下的振动加速度、动位移及动应力响应特性。研究成果对工程今后的调度运行以及同类型工程建设具有参考意义。     

白莲河抽水蓄能电站地下厂房内部结构动力分析

白莲河抽水蓄能电站地下厂房水轮发电机组转速高,机墩组合结构承受荷载大,长达850 mm的钢筋混凝土环形牛腿下机架支撑对结构整体的抗振性能要求高,厂房振动问题尤为突出.运用大型有限元程序ABAQUS进行了主厂房整体结构的动力分析,首先研究了主厂房的同有振动特性并进行了共振复核,然后用谐响应方法对厂房结构在机组振动荷载和水轮机流道脉动压力荷载作用下的动力响应进行了分析.研究结果表明,白莲河抽水蓄能电站地下厂房在机组振动荷载及脉动压力作用下,结构的动位移及动应力均较小,能够满足结构设计要求.     

基于边界面的多隔舱筒形基础动力分析

多隔舱筒形基础作为近几年发展起来的海上风电基础结构,其稳定性能极大影响了风机的安全性。为研究在极端风荷载作用下筒形基础的稳定性,通过AR自回归线性滤波法,模拟脉动风速谱,采用边界面弹塑性动力本构模型,运用大型有限元分析软件ABAQUS进行了三维动力数值分析,研究了该结构在随机风荷载作用下的沉降发展、动力响应和周围土体的孔压变化情况。研究表明:随着加载持续,筒体的水平位移、转角和竖向位移均呈缓慢增长趋势,同时筒体顶部水平位移远大于端部位移;基础内部土体孔压受分舱板影响,发展缓慢且小于基础外侧土体孔压,沿筒径方向,越靠近筒壁孔压越大;基础外侧,土体孔压随埋深的增加逐渐减小,最后趋于稳定;土体的应力路径逐渐向临界状态线靠近,但并未达到破坏标准。     

水工弧形空腔闸门动力特性数值分析

大尺寸弧形钢闸门振动剧烈时可能会引起动力失稳破坏。为了解新型翻转式弧形空腔闸门的动力特性,通过Fortran语言自编用户子程序,利用商业有限元软件ABAQUS二次开发功能将模型试验测定离散的水流脉动压力数据转化为作用在闸门上的水动力荷载,基于随机振动分析方法对该空腔闸门进行结构动力数值仿真:①对不同工况下的闸门自振特性进行计算,得到闸门的自振频率和振型;②根据频谱分析理论,对水流脉动压力时域曲线进行了频谱分析;③计算了不同工况下闸门的随机振动响应;④编写了位移、应力最值处理程序。计算结果表明:闸门结构局部应力较大,超出结构容许应力,需对闸门结构进行修改优化,否则结构局部强度不满足要求。     

贯流式机组水力脉动荷载对水电站厂房结构的影响

基于流固耦合的瞬态动力分析,研究了贯流式机组尾水管内涡带水力脉动的作用形式,并分析了作用于厂房和厂房基础的振动波形和动力响应。最后研究了尾水管内脉动水压力荷载的简化模拟方法,旨在为贯流式水电站的结构分析和设计研究提供参考。     

高耸岸塔式进水口结构动静力特性仿真分析

建立了泸定水电站深孔泄洪洞高耸岸塔式进水口结构模型,并进行三维有限元动静力分析.静力计算中,分不同工况考虑了各种荷载包括绕渗作用及温度场变化的作用,得到了结构的应力与位移分布.动力计算中对进水塔结构在空库及满库情况下的自振特性进行了分析.通过振型分解的反应谱法计算了在横河流向、顺河流向和竖直向地震共同作用下进水塔结构的动力响应,并将动力计算结果与静力计算结果进行叠加.重点分析了支铰大梁、边墙、闸门槽等部位的受力特性,并对进水塔各部位的动静力稳定性进行了评价.     

水电站地下厂房楼板结构设计对振动特性的影响规律

以某大型水电站为工程实例,为研究板梁结构、等方量厚板结构和等静力刚度厚板结构三种形 式楼板结构振动特性的差异,建立地下厂房三维有限元模型进行不同楼板结构动力特性的对比分析。 结果表明:在机组动荷载作用下,不同形式楼板结构的动力响应差别并不明显;在脉动水压力作用下,当 荷载频率接近楼板低阶自振频率时,板梁结构振幅较小,有一定优越性,但从总体上评价,特别是在高频 区域,厚板结构的振幅更小,抗振性能更好。     

黄金坪右岸小厂房进水塔结构静动力分析

针对黄金坪水电站右岸小厂房进水塔进行三维有限元静动力分析。不同工况和荷载作用下,进行了静力分析,得出了塔体的应力、位移分布情况;动力计算中,对塔体进行了空库和满库的自振特性分析;考虑三个方向地震荷载,采用反应谱法对塔体进行了动力响应分析;并根据应力和位移结果,采用有限元方法给出了结构的配筋原则。     

大宽高比弧形钢闸门流激振动数值分析

针对大宽高比弧形钢闸门在水流脉动作用下的动力特性问题,以某节制闸弧形钢闸门为例,建立闸门有限元模型,分析流固耦合、支臂厚度对闸门振动特性的影响。基于随机振动法得到闸门在脉动水流作用下的流激振动位移与应力响应,并利用动力系数法对闸门动力响应做出评价。结果表明:闸门基阶振动受水体影响较小,低阶振动受支臂影响较大;闸门典型工况下的流激振动位移响应最大值为4. 029mm,动应力最大值为61. 247MPa,动力系数均低于1. 20,总体动应力水平较低,在动水作用下可安全运行。     

基于CFD的避雷针塔风速流场数值模拟

基于计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD),研究了南昌市某建筑物屋顶处避雷针塔在风荷载作用下的动力响应特征(Dynamic response characteristics)。结合流固耦合(FSI)功能,采用Midas NFX大型有限元分析软件,计算了在50 a一遇风荷载作用下该避雷针塔结构的水平位移;并通过设置不同的风向角,得到了在不同风向作用下避雷针塔杆件的位移量。最后,结合当地的主导风向,分析了120°风向角作用下结构的表面压力分布和速度分布,通过提取指定高度处节点应力,得到了指定高度处的压力系数。为该类建筑物在风荷载作用下的分析和设计提供具有实用价值的方法。     

闸墩高度对闸墩顶部结构动力响应的影响

水闸工程是我国河湖防洪体系中的重要组成部分,一旦破坏将会危害下游大坝及民众的生命财产安全。本文针对闸墩顶部的排架柱及机房等结构的动力响应问题,通过对比某水闸工程不同闸墩高度时的动力响应差异,探索闸墩高度对闸墩顶部结构动力响应的影响。研究成果表明：闸墩底部位置损伤将随着闸墩增高而逐渐减小,闸墩顶部排架柱底端损伤随着闸墩增高而逐渐增大;顶部机房在动力作用下易出现相对明显的鞭梢效应,位移远大于底部特征点;闸墩高度对底板动力响应的影响微小;启闭机梁变形结果受闸墩影响较大,位移随闸墩高度增加的幅度有限;顶部机房位移受排架柱破坏情况影响较大,且鞭梢效应明显。     

高耸结构在脉动风作用下的模拟研究

传统结构设计中常将风荷载用一静力荷载等效，这忽略了风荷载的动力特性，据此分析了风荷载的基本特性，给出了脉动风荷载的模拟方法，并引入了快速傅立叶变换技术（FFT），从而提高了其计算速度和计算精度。