采油平台在海上风电支撑体系中的应用研究

海上风电安装和并网成本是制约其发展的行业瓶颈之一.现有油气田的海洋平台有经济并网条件和改造成风电支撑结构的技术可能性.本文通过比较采油平台和风电格构式支撑组成的两种结构体系的动力性质,分析了固有频率约束限制对风电支撑结构改造的影响,以及环境荷载引起的荷载效应在两种体系上的不同分配机理.考虑环境荷载动力放大性质,通过风机额定运转与特定海区浪流荷载组合作用下两种支撑结构体系的刚度和强度特点分析,给出了风电支撑结构的受力特点和利用采油平台作为风电支撑结构的注意事项.该结论可作为海上类似风电支撑结构的设计参考.     

海洋平台检测的无线低频振动传感器设计与验证

海洋平台是海上石油资源开发的基地,对其进行低频振动检测获得振动数据是判定结构损伤的基础.基于此,开发了一种应用在海洋平台结构中的无线低频振动传感器与采集系统.首先,采用模块化方法研制了无线低频振动传感器,并详细阐述了低频加速度传感器的选择与电源电路等模块的设计;其次,完成了无线低频振动传感器的嵌入式程序与主控端PC机上采集软件设计;最后,在振动台上完成了海洋平台振动无线测试模拟实验.实验结果表明：设计的无线振动传感器具有精度高、布设容易、低频性能好、可靠性高等特点,适用于海洋平台的低频振动快速检测.     

单桩式海上风力机支撑结构强度振动分析

以某型2MW海上风力机支撑结构为母型,运用有限元软件ANSYS建立了三维实体模型,并进行了模态、涡激振动及瞬态动力学等强度与振动特性分析.结果表明,非线性弹簧单元适用于模拟土壤对基础的约束,三维实体单元有限元模型在固有频率和应力分布计算上均比梁单元模型更为准确.在所提供的风况和海洋条件之下,海流涡激振动不会与支撑结构产生共振,支撑结构的应力水平主要受风载的影响,该结果可为海上风力机支撑结构强度与振动分析提供参考.针对不同环境,仅需调整载荷,所建模型宜可适用.     

排气消声器模态分析及降噪性能优化

汽车排气系统的振动和噪声是影响乘坐舒适性的因素之一。为研究排气消声器结构模态和声腔模态对消声器降噪性能的影响规律,建立声学有限元模型计算壳体结构模态和声腔模态,并分析各自振型模态和固有频率之间的关系。结果表明:在低频率范围内,壳体结构模态和声腔模态的固有频率发生耦合共振,导致降噪效果不佳;增加消声器外壳壁厚可提升结构固有频率,降低排气系统振动和辐射噪声水平。     

海上风电工程结构与地基的关键力学问题

作为一种新型清洁能源,海上风力发电受到人们的广泛关注,近十年发展迅猛．海上风电结构既不同于陆上风电结构,也区别于传统的海洋平台,既要考虑风对风机、塔架的作用,也要考虑波、浪、流、冰对水下支撑结构和地基的作用,还要考虑高倾覆力矩作用下地基的变形和承载力．然而,与之相关的水动力学、土力学、结构动力学及流．固一土耦合力学等的现有理论,还远不能满足工程设计和建设的需求,亟待发展．本文在阐述海上风电工程发展现状、结构形式与特征的基础上,重点阐述有关海上风电结构（包括固定式和浮式）的耦合水动力载荷与响应、地基的动力响应与承载特性的研究发展趋势,从水动力学、土力学和结构动力学的角度,凝练其中亟待开展深入研究的关键科学问题,包括：近海复杂海洋环境条件、海上风机系统的耦合水动力载荷、支撑结构和地基的动力响应等,并据此提出近期研究的发展方向,为从事海上风电工程研究和建设的科技人员提供参考．     

风电机组基础结构形式及计算方法

风能作为一种清洁的可再生能源,越来越受到世界上国家层面的密切关注。风力发电机组正常运转需要稳固的基础。随着风电机组的装机容量不断增大并由陆地发展到海洋,风电机组基础面临海洋环境更复杂的荷载工况,故对其进行研究更具有理论意义与工程应用价值。系统阐述了中外风电机组基础的结构形式及其计算分析方法的研究现状与最新进展。首先,分别介绍了风电机组基础在陆地和海上不同类型的结构形式及其适用范围;其次,对风机基础结构体系的风机荷载与环境荷载、静力学与动力学计算、结构冲刷及腐蚀等相关问题研究进行了系统分析与归纳;最后,指出风电机组基础研究和应用中存在的问题并提出了研究方向,同时还展望其未来在中国广阔的发展前景。     

三十万千瓦汽轮发电机隔振机座振动问题研究

本文对三十万千瓦汽轮发电机隔振机座的电磁振动及其减振措施进行了研究,用有限元法和结构模型动力试验对机座的固有频率、振型和动力响应以及加矩形筋、T形筋、局部加固、改变基础刚度、焊缝长度和附加质量等方案作了系统的分析。研究结果在望亭电厂应用,在一台三十万千瓦发电机上,机座振动从140-260μm,大幅度下降为10-38μm,在另一台上推广应用,机座最大振动进一步下降为10μm~(**),机座的振动噪音也极大下降,取得了较好的实践效果。     

弦振动解在木工带锯条振动特性研究中的应用

带锯条的受力很复杂,为确保锯解精度和效率,对带锯条结构系统的振动特性进行了研究.根据弦的振动理论,计算木工带锯条系统的固有频率pn,同时应用有限元法求该系统固有频率的近似解,并应用随机频谱法测定了带锯条固有频率的试验值,分析比较3个频率值的结果表明:试验值与理论解最大误差不超过10%,在低频阶段,试验值、理比值与近似值误差小于3%.     

面向桥梁冲刷动力识别的水槽物模试验研究

为定量分析与验证研究桥梁冲刷动力识别,同步动力特性与冲刷发展的实测数据并验证该方法的有效性.依托张靖皋长江大桥桥塔主墩冲刷设计,利用大型水槽水文-结构物理模型对基础冲刷发展全过程进行试验模拟,基于多组别试验“冲刷-基频”同步实测数据,研究墩桩振动频率随冲刷深度发展的演变规律,定量分析桥梁冲刷动力识别方法的敏感性与准确性.结果表明：3组冲刷试验均造成基础边界条件极大改变,且冲刷越剧烈,结构频率下降比例越大;基础自振频率与冲刷时间成近似线性关联;自振频率平方与冲刷深度成显著线性关联.动力识别方法对桥梁冲刷发展具有较高敏感性,可有效应用于区域性桥群冲刷异变快速检测,并为重点桥梁进一步水下筛查提供数据支撑与准确依据.     

海洋平台振动测试及分析

应用振动测试仪对海洋平台的振动进行了测试，数据分析表明。海洋平台属低频结构，平台的振动与压缩机组工作有关。其振动频率接近压缩机组的工作频率。应当改进结构参数，使系统的固有频率避开压缩机组的工作频率，以达到减小振动的目的。     

大型转子-轴承-基础系统振动的计算方法

本文以大型汽轮发电机组及其框架基础为背景，利用阻抗匹配法，配合以Ｒｉｃｃａｔｉ传递矩阵法和模态分析法，进行了大型转子－轴承－基础系统的振动分析，取得了满意的结果。分析计算表明：这一方法简便、实用、灵活，它易于揭示整个系统的固有频率与转子、基础等子系统的固有频率之间的内在联系，这对于复合系统的动力分析是很有益处的。 文中给出了算例和结果分析。     

叶片覆冰对支撑结构抗冰性能的影响分析

海上风能资源作为清洁能源具有较大发展潜力。在我国黄渤海地区,风力机叶片表面在寒冷潮湿环境下易出现覆冰现象,覆冰不均匀可能会改变风机支撑结构的整体力学性能。在结冰海域,海冰会造成风电基础结构强烈的冰激振动。叶片覆冰后不仅会降低风电机组的发电效率,还会影响支撑结构的冰振特性。本文首先通过FENSAP-ICE对叶片覆冰过程进行研究,明确了不同环境条件下的风机叶片覆冰特性;其次,采用增加质量和改变质心位置的等效质量分布方法,建立风机叶片覆冰后支撑结构的冰振响应分析方法。最后,选取某单桩式海上风电基础结构,对不同的风机叶片覆冰情况下支撑结构的力学性能进行分析,并讨论叶片覆冰对支撑结构的抗冰性能影响。     

海上风电基础结构选型与施工工艺

目前,国内对海上风电机组及其海上风电场建设的一系列相关技术的研究和装备的研制尚处于起步阶段,支撑风力机的基础结构设计就是其中的关键技术之一.该文针对海上风电的基础结构设计,给出了国际上常用的结构形式及其适用条件,探讨了各种基础类型的选型原则,对比分析了每种基础形式的施工工艺,为我国的海上风电场基础设计和施工提供了理论指导.     

圆锯片的动态特性

采用有限单元法、动力分析和振动谱测试分析法，对热切金属圆锯片的动态特性进行了系统研究，其中包括固有频率及振型分析，旋转应力对锯片固有频率的影响，锯片的稳定性以及锯片横向振动的规律性。     

海上风机大直径单桩水平-摇摆耦合振动特性

基于弹性半空间理论,在Abaqus有限元软件中建立海上风机三维大直径薄壁空心桩-土动力相互作用模型,通过荷载控制法研究桩的水平-摇摆耦合振动,分析无量纲频率、单桩长径比、厚径比、桩土弹性模量比值、桩基周围冲刷对单桩动力阻抗的影响,并将所得结果无量纲化,增加其适用性。研究结果表明,无量纲频率对桩基动力特性的影响与其他因素紧密相联;长径比、弹性模量比、厚径比、桩基周围冲刷坑深度对桩基动力特性均存在较大影响;刚度随着长径比的增大而增大,但存在一定的临界桩长,在无量纲频率较低时,阻尼的趋势与刚度类似;当基础周围的冲刷深度达到2倍直径时,基础的刚度将会下降到原来的1/3左右,且阻尼的下降也非常显著。     

基于时频分析与神经网络的桥梁冲刷动力评估

桥梁基础水文作用是引起桥梁结构功能及安全性能失效的首要原因,而桥梁冲刷又是水文作用最主要的表现形式.依托舟山大陆连岛工程金塘大桥主通航孔桥,提出一种基于时频分析与神经网络的桥梁冲刷动力评估方法.首先,利用白噪声地震波模拟环境振动激励,采用动力时程分析法模拟环境激励下的上部结构振动,并获得其加速度响应,同时在振动过程中实时模拟基础冲刷深度的连续发展,进行环境振动激励下桥梁模态参数与冲刷发展的关联性分析,研究该方法的识别敏感性.进而,利用数值动力参数分析研究上部结构既有局部损伤多种组合形式对桥梁结构模态参数的扰动程度,以确定非冲刷损伤形式对桥梁冲刷动力评估方法准确性的干扰.最后,以模态分析中的低阶模态参数作为样本输入,以冲刷深度与墩位的不同组合作为样本输出,建立BP神经网络,实现桥梁冲刷深度与墩位的同步评估.研究结果表明:利用自振频率构建的动力指纹对冲刷发展较为敏感;该方法无论对冲刷深度还是冲刷墩位均具有较高的识别准确度,且可忽略有限局部损伤对识别准确性的干扰.该方法不需要水下操作,不需要昂贵的测试设备,仅需要加速度传感器以及数据采集装置,便于融入常规桥梁检测项目中.     

圆锯片的动态特性

采用有限元单法，动力分析和振动谱测试分析法，对热切金属圆锯片的动态特性进行了系统研究，其中包括固有频率及振型分析，旋转应力对锯片固有频率的影响，锯片的稳定性以及锯片横向振动的规律性。     

充液圆柱壳内旋转重力波的振动分析

为揭示充液弹性圆柱壳受高频激励，壳内自由液面出现低频大幅旋转重力波的产生机理，应用非线性动力学理论，在考虑弹性壳与流体的非线性耦合条件下，建立了壳液耦合系统的非线性振动方程组．运用Runge-Kutta法进行数值求解，得到了该系统振动的时间历程及频谱特性曲线，进一步分析了系统的非线性动力学特性．结果发现，当激励力幅值足够大，且激励力频率在壳体固有频率与液体固有频率之和的附近窄频带内时，壳内自由液面会出现大幅低频旋转重力波．由此可知，低频大幅旋转重力波的产生机理是由壳体两个同频率模态同时在壳液耦合系统非线性因素的作用下而引起的组合共振．     

海上风车塔架随机载荷作用下非线性动力可靠性分析研究

本文依据哈密顿原理建立了具有非线性弹性基础的海上风车塔架结构时域分析方程,采用完全离散法将振动方程离散化,运用线性滤波法的自回归技术模拟脉动风速时程,分析了空间与时间步长以及载荷频率对数值计算稳定性的影响.并对一海上风车进行了塔架结构的动力响应时程计算和基于一次超越的塔架结构动力可靠性计算,为海上风车结构塔架可靠性分析设计提供借鉴和参考.     

电磁式固有频率可控动力消振器

提出了一种新的消振元件－可用于消除变频振动的电磁式固有频率可控动力消振器。介绍了该消振器的结构，原理，并对其动力特性进行了分析。