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。     

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。     

基于欠定盲源分离的结构模态参数识别

针对欠定情况下传统盲源分离(blind source separation,简称BSS)算法无法有效识别结构模态参数的问题,研究了一种不受传感器数量限制的BSS算法。算法主要分为振型矩阵估计与单模态信号分离两步。首先,利用各阶模态响应信号在时频域中的聚类特性估计结构的模态振型;然后,在已知振型矩阵的基础上,通过L1范数最小化算法分离出多个单模态信号;最后,利用单模态参数识别方法提取各阶模态的频率与阻尼比。经仿真与实验验证,本研究方法可以准确识别出结构的各阶模态参数,同时对测量噪声不敏感,具有很好的噪声鲁棒性,在工程实践中具有一定的应用价值。     

振动水翼低阶振型的阻尼特性试验研究

水力机械过流部件与环境流体相互作用产生的附加质量和阻尼效应,对其动力响应特性有显著影响。本研究重点测量了空气和水中振动水翼前四阶振型的阻尼特性参数。通过在水翼前缘嵌入一个压电片施加激励,采用激光测振仪和水翼尾缘的压电片同时获取振动响应信号并相互校准,构建了叶片式结构模态参数测试系统。将压电片信号作为基准信号,同步激光测振仪的多点响应信号,提出了一种单振型测量方法。重点分析了对数衰减法、希尔伯特变换法、共振放大法、半功率带宽法和圆圈拟合法五种常用的阻尼比识别方法。结果表明：五种阻尼比识别方法的精度和不确定度在同一量级,综合比较后认为,对于自由振动响应信号推荐采用对数衰减法,强迫振动响应信号则推荐采用半功率带宽法;空气和水中在同一振型条件下,水翼不同位置点的阻尼比基本保持不变,最大偏差为5.8%;相比空气环境,水中水翼各阶固有频率下降率在6.49%～26.73%之间,各阶模态对应的振型未见明显差异;水中振动水翼阻尼比变化趋势依赖于具体振型,其中,1阶弯曲、1阶扭转和1阶弯扭振型对应的阻尼比分别增大13.09%、8.61%和14.34%,但2阶弯曲振型对应的阻尼比则减小16.25%。     

风力机柔性叶片模态气动阻尼分析方法研究

针对大型水平轴风力机柔性叶片的模态气动阻尼数值分析方法进行研究。运用多体系统动力学建模方法和风力机叶片空气动力学模型,建立柔性叶片的气弹耦合方程,在求解此方程得出叶片在某运行工况下的气弹响应基础上,结合柔性叶片振动模态参数包括模态频率、模态向量和模态质量等物理量的识别和振动能量损失法,即计算气动力在叶片振动周期内所做的功,导出叶片模态气动阻尼比计算式,建立叶片挥舞、摆振各阶模态气动阻尼比分析流程。算例分析某柔性叶片在多种稳态风速下一阶模态气动阻尼比,表明所建立分析方法的有效性和可靠性。为大型风力机柔性叶片气动阻尼特性和气弹稳定性分析提供了有效的分析手段。     

基于混合子结构法的输电导线风雨激振气动特性

为了探究输电导线风雨激振的诱发机理,基于混合子结构方法对输电导线风雨激振非定常气动力进行了针对性的研究。首先,分别构建结构子结构(输电导线和上雨线)和流体动力计算(computational fluid dynamics,简称CFD)数值流场子结构;其次,利用自制的风洞模拟实验台及相关测试系统,获取结构子结构的振动响应(频率,振幅);最后,将测得振动响应作为CFD数值模拟的边界条件,计算绕流场特性并获取气动力特性参数,将计算得到的气动力施加到输电导线上,得到输电导线的振动响应并与实验结果比较。分析结果表明,混合子结构方法能够准确获得输电导线发生风雨激振时的气动特性,该方法为不便于实验获取气动力特性振动问题研究提供了一种有效途径。     

典型输电塔平均风荷载和响应研究

高耸输电塔所受的风荷载是其结构设计的控制荷载．输电塔为空间桁架结构,塔头结构形式尤其复杂,很难用精确的理论方法对其所受风荷载及响应进行分析．首先介绍了输电塔分段刚性模型的风洞测力试验,随后又建立了输电线路典型设计中最常用的2种输电塔有限元模型,利用风洞试验数据对其进行平均风加载,得到不同情况下2种塔型的位移响应,并对这2种塔型的响应进行了对比和分析,得到了有关典型输电塔结构平均风荷载响应的一些结论．     

AVCP1200H立式加工中心试验模态分析

应用锤击法对立式加工中心进行了试验模态分析,研究该机床的动态特性,获得机床低频段的固有频率、阻尼比和振型.通过对该机床各阶模态振型的分析,找到了机床结构的薄弱环节,并为进行结构优化设计提出了改进措施.     

运用希尔伯特黄变换的桥梁颤振导数识别

提出了一种基于希尔伯特黄变换(Hilbert-Huang Transform,简称HHT)识别桥梁颤振导数的方法.根据HHT理论,首先利用经验模态分解(Emprical Mode Decomposition,简称EMD)将桥梁节段模型风洞试验中实测得到的自由振动加速度响应信号分解成一系列本征模函数(Intrinsic Mode Function,简称IMF)分量,对幅值最大的IMF分量作希尔伯特变换,得到其瞬时振幅和瞬时频率.通过信号处理,识别出结构的固有频率和模态阻尼比.其次,对自由振动时程进行时域拟合,获得结构的复振型.最后通过状态方程确定系统的8个颤振导数.数值仿真算例表明,该方法具有较好的抗噪性和可靠性,风洞试验也验证了该方法的可行性和有效性.     

一种提升换流阀阀塔抗震性能的方法研究

以国内某直流输电工程换流阀阀塔(简称为阀塔)及阀厅为背景,应用有限元软件,分析阀厅及悬吊在阀厅内的阀塔在水平加速度为0.4g的高地震烈度下的动态响应可知,阀塔悬吊绝缘子在竖直方向上应力较大,安全裕度较小;因此,提出一种在阀塔和阀厅之间增加阻尼器的方法,并通过有限元分析软件进行计算,结果表明,通过增加阻尼器的方法,可以大大降低阀塔悬吊绝缘子竖直方向上的应力,安全裕度较大,满足工程抗震要求。该研究成果已经成功应用于国内某直流输电工程,可以为后续高地震烈度悬吊结构抗震设计提供技术支撑。     

Output-only modal analysis of wind turbine tower based on vibration response under emergency stop

The identification technique of output-only modal parameters is proposed for the large wind turbine tower under emergency stop. Compared with the response of regular operating conditions, the immediate tower structural response under emergency stop much more resembles a state of free vibration, which is more appropriate for the modal identification of the wind turbine tower. The vibration response is measured in the nacelle, which is easy to perform in the field modal test. The variational mode decomposition (VMD) is applied to decompose the vibration response into several band-limited intrinsic mode functions. The free responses of decomposed functions are extracted by applying the random decrement technique (RDT). Finally, the modal damping ratio and natural frequency are identified from each free modal response by using the Hilbert transform method. Simulations and a 1.5 MW wind turbine field modal test results verify the effectiveness of the proposed identification method. The main modal parameters of wind turbine, including weak modes, are effectively extracted by using output-only vibration responses under emergency stop. The modal parameter identification method is provided for the large wind turbine structure under the engineering condition.     

Identification of modal parameters using the wavelet transform

The wavelet transform is used as a time-frequency representation for the determination of modal parameters such as natural frequencies, damping ratios and mode shapes of a vibrating system. It is shown that using a particular form of the son wavelet function, results are improved compared to those obtained with the traditionally Morlet wavelet function. The accuracy of this new technique is confirmed by applying it to a numerical example and to ambient vibration measurements of a tower excited by wind.     

线性时变动力系统参数识别方法与试验分析

根据时变频率的定义由时变动力系统的响应计算瞬时频率,由自由衰减响应或希尔伯特阻尼谱识别瞬时阻尼特性。采用2层框架结构数值模型验证了识别方法的可行性,进而应用于12层短肢剪力墙结构振动台实验及识别模型结构在试验过程中动力性能的时变特性。将识别所得瞬时阻尼比代入有限元模型中计算结构响应,并与常值阻尼比及实测结果进行了对比。结果表明,采用时变阻尼比的计算结果更接近实测响应,文中方法可以反映结构的时变动力特性。     

基于Ansys的汽车空气动力学特性分析

汽车空气动力学特性对汽车经济性、驾驶安全性、侧风稳定性等有着较大的影响。通过反求方法在UG中建立某车型的车身几何造型,基于ANSYS的CFD的有限元仿真环境对该车的空气动力学特性进行了数值模拟仿真研究,得出该车体的速度矢量图、压力分布图等,并根据模拟仿真结果对汽车的气动造型提出一些建议,为优化汽车车型及改善汽车空气动力学特性提供参考。     

Improved independent component analysis based modal identification of higher damping structures

Structural modal parameter identification under ambient excitation has strong engineering value and theoretical significance. As the most popular tool for solving Blind Source Separation (BSS) problems, Independent Component Analysis (ICA) is able to directly extract the time-domain modal parameters, including frequencies, damping ratios and modal shapes. ICA, however, has a fatal flaw of failing to identify structures with higher damping. To overcome the flaw above, the paper proposes a new method named “ICA + IDT”. Firstly, free vibration response of a structure is obtained from structural outputs under ambient excitation. Inverse damping transfer (IDT) is employed to turn a highly damped signal into a low damping response signal without changing of frequencies and mode shapes. Then, structural modal parameters are extracted from the low damping response signal by ICA. Finally, the identified damping ratios are adjusted to eliminate the impact of IDT. To verify the effectiveness and applicability of IDT + ICA proposed herein, two numerical simulations—mass-spring model and simply supported concrete beam—and an experiment model of three-story steel frame are built, and the analysis results reveal that presented method can identify structures with higher damping effectively.     

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。     

烟气脱硫塔风诱导振动的TMD控制研究

针对高塔设备风诱导振动的实际问题,提出采用调谐质量阻尼器（TMD）对其进行被动控制。以某烟气脱硫塔为例,运用数值仿真技术,首先通过模态分析获得结构的自振特性,然后利用谐响应分析研究调谐质量阻尼器控制效果随其参数变化的一般规律,并应用更为精确的时程分析法对减振前后高塔设备的风诱导振动情况进行了对比分析。研究结果表明：质量、频率比及阻尼比对控制效果有重要影响,应对其进行优化。参数优化后,塔顶的最大振幅减小了89．4％,减振效果十分显著。     

空间变化地震动下输电塔-线体系振动控制研究

在考虑输电线的几何非线性基础上,建立了输电塔-线体系的三维有限元计算模型.依据现行《电力设施抗震设计规范》,模拟生成了适合输电塔-线体系的多点地震动时程.利用质量、弹簧单元和阻尼单元模拟了调谐质量阻尼器,并对控制参数进行了优化.运用非线性时程分析方法,研究了多点地震激励对高压输电塔-线体系振动控制的影响.研究结果表明调谐质量阻尼器的减震效果显著,能够有效地减小输电塔的地震响应;仅考虑行波效应和多点激励对输电塔的减震效果影响较小,并且多点激励对输电塔的减震效果优于一致激励,但仅考虑相干效应减弱了输电塔的减震效果.     

暂态扭矩在多支承转子系统中的传递特性

以北卫碳纤维复合芯导线用于输电线路增容改造的实例为工程背景,运用有限元软件ANSYS建立三塔四线的有限元模型,并通过Matlab模拟沿高度变化的Kaimal风速谱,得到作用于输电塔和导地线的脉动风速时程曲线。由于碳纤维复合芯（aluminum conductor composite core,简称ACCC）导线具有重量轻、强度大和弧垂小等特点,计算得出了改造前使用的普通钢芯铝绞线及改造后使用的ACCC塔线体系的位移随时间的变化规律,以及在档距和塔高各自变化的情况下ACCC塔线体系的位移和应力,并与工程实际的塔线体系进行比较。结果表明,ACCC导线用于输电线路上的优越性及改造后模型的合理性可以节省工程造价,为以后的设计提供参考。