某高层建筑风致振动惯性力的试验研究

利用高频天平,通过缩尺比为1：500的模型风洞试验,测量了在16个来流风向下某高层建筑模型底部的风荷载．根据试验结果,计算了该高层建筑的风致动态响应;结合当地的气象风速资料,并通过概率分布计算,给出了50a重现期风速下的风致振动惯性力最大值,从而为该高层建筑的设计提供了风荷载依据。     

风浪荷载共同作用下的海洋桩基动力响应

为了研究海洋环境中风浪荷载共同作用下单桩基础的动力响应问题,建立了风浪-海床-单桩的三维单向耦合数值模型.分别采用雷诺平均N-S方程和Biot动力方程控制波浪运动和海床响应,在验证模型合理性的基础上,探究了风浪参数(如风速、风剪切系数、波高)对风浪荷载共同作用下流体与桩基响应的影响规律.结果表明:风速、风剪切系数和波高的增长会加剧桩周流体变形,加快波浪传播,进而影响桩身的水平位移与弯矩.因此,在计算海上桩基承载力时,应综合考虑风浪荷载共同作用对桩基基础的影响.研究成果将为恶劣海洋环境下桩基承载性能研究提供重要的理论依据.     

中美规范风荷载计算对比

介绍了美国规范ASCE 7-10中风荷载的计算方法。比较中美规范在风荷载计算方面的异同。提出不同时距(time interval)、不同重现期(MRI)基本风速的转换方法。选取变电站构架中常用的格构式角钢梁作实例分析,利用中美规范对其进行风荷载计算和比较。对采用美国规范进行风荷载计算提出建议,供设计人员参考。     

军用桥梁几种常遇荷载的概率分析

本文是军用渡河桥梁结构可靠度研究的部分内容。主要对军桥恒载、车辆活荷载、风、雪等主要荷载进行了概率分析。通过随机抽样调查获得荷载的样本数据,运用数理统计方法确定其概率分布类型和统计参数。主要结果是:军桥恒载G采用随机变量模型,概率分布类型为正态分布。车辆荷载Q(t)采用泊松过程模型,其任意时点及设计基准期最大值变量均匀为极值Ⅰ型分布。文中给出了上述4种荷载的统计参数值。理论分析严密,所得结果合理,为结构可靠度计算提供了实用模型和参数。     

台风区建筑结构风荷载数值模拟分析

超高层建筑和大跨结构对风荷载非常敏感,通常在结构设计中会成为主控荷载.我国沿海地区的年最大风速是由台风引起,基本风速是结构抗风设计的最主要设计参量,它的推断依赖于长期的准确近地风观测资料.过去台风观测资料较少,现采用MDnte-Carlo模拟台风,可以弥补这一缺陷.文章应用Yan Meng风场模型并结合台风危险性分析方法,推算得到沿海重点城市上海地区在重现期为50 a、100 a和200 a的最大极值风速.     

高耸结构随机风荷载的数值模拟

风荷载是高耸结构设计计算的主要控制荷载,在随机风荷载作用下结构的动力响应直接影响结构的安全性和可靠性,因而高耸结构的风荷载数值模拟是非常重要的.针对脉动风风速的频谱特性和高耸结构风荷载的空间相关性,文章提出了一种新的高耸结构脉动风荷载的数值模拟方法.脉动风速的频谱特性用线性滤波器逼近,首先通过求解脉动风速自相关系数的Toeplitz方程得出该滤波器的控制参数初步近似值,再通过迭代进行优化,以Gauss白噪声作为输入,经过该滤波器滤波,即可生成具有所需功率谱的脉动风风速时程.考虑风荷载的空间相关性,最终给出了高耸结构脉动风荷载的时程.详细介绍了上述算法的理论和数值模拟方法,并讨论了滤波器阶数以及迭代算法控制精度的影响.结合电视塔结构,给出了具体的算例.     

风向对某超高层建筑等效静风荷载的影响

风向和平均风速联合分布是风荷载的基本特征之一,本文研究风向对某超高层建筑等效风荷载的影响,主要包括以下三个部分:(1)获取建筑物所在地区气象站的风向风速气象资料,并统计得到各个风向上的设计风速;(2)对某超高层建筑进行36个风向角下的刚性模型同步测压风洞试验,试验中模拟了周围建筑对超高层建筑的干扰作用;(3)结合各个风向上的设计风速,基于风洞试验结果,用随机风振理论计算超高层建筑的等效风荷载.本文得到的结论为超高层建筑设计提供参考.     

山地风场中圆形截面超高层建筑风荷载谱

为了研究山地风场中超高层建筑的风荷载和风振响应特性,必须了解复杂湍流变化对建筑风荷载的影响。在风洞中模拟了4种湍流度,通过3个不同高宽比圆形截面超高层建筑模型,考察了来流湍流度、建筑高宽比、层高度等因素对顺风向和横风向风荷载功率谱影响规律。针对2个方向风荷载功率谱的特点分别采用不同荷载谱模型进行了参数拟合,再以湍流度、建筑高宽比为基本变量对荷载谱模型参数进行二次拟合,初步建立了复杂山地圆形截面超高层建筑风荷载功率谱的数学模型。最后给出一个实例,通过具体山地风速和湍流度剖面,根据提出的建筑风荷载功率谱数学模型,比较了山地和平地圆形截面超高层建筑的风振响应。     

考虑流固耦合的变截面圆柱壳钢塔风振分析

为了明确变截面圆柱壳钢塔的风振响应规律,基于流固耦合理论建立有限元计算模型,采用自回归模型(autoregressive model, AR)法对不同重现期基本风压对应的脉动风速进行了模拟,成功利用数值风洞方法计算了变截面圆柱壳钢塔在脉动风作用下的动力响应,并通过现场风振监测对数值结果的可靠性进行了验证。结果表明：在脉动风作用下,位移响应幅值沿着高度方向逐渐增大,风速越大,结构的位移响应越大,其中50年与100年重现期风速作用下结构响应差别较小,总体上没有超过结构的位移限值。应力沿高度方向逐渐减小,且在变截面位置存在应力突变的现象。风速越大,应力越大,沿着高度方向应力的差别越来越小,其中50年与100年重现期风速作用下超过脱硫塔在工作温度下的材料许用应力值(113 MPa)。因此,对于该类钢塔的抗风性能评估,底部和变截面处以应力控制为主,顶部以位移控制为主。     

基于Copula函数的黄海波高周期联合统计分析

为研究黄海中部海域波浪的年极值波高与年极值周期联合分布,基于黄海海域3个位置点1999—2018年SWAN后报波浪数据,采用5种单变量分布拟合年极值波高和年极值周期,通过拟合优度评价得到各位置点年极值波高和年极值周期的最优单变量分布,利用Copula函数理论建立了年极值波高和年极值周期联合分布函数,并与单变量分布波高和周期设计值进行了对比分析。结果表明:黄海中部海域波高周期联合分布可能存在区域性特征；波高周期联合分布得到的波高、周期设计值较同设计频率下的单变量分布设计值高；相同波高和周期设计频率下,单变量重现期最大,条件重现期次之,联合重现期最小。     

基于概率密度演化的风机基础疲劳可靠度计算

风机底部基础在风荷载作用下会产生疲劳破坏.为了研究风荷载作用下风机的疲劳可靠性,将随机脉动风荷载进行正交展开,用数论选点法和概率密度演化方法将展开的风荷载模型用于风机塔身的疲劳可靠度计算.采用推力系数法计算风荷载作用下风机基础较危险部位的应力时程,然后用雨流计数法统计该点的疲劳损伤,将其代入概率密度演化方程并通过差分计算可求得疲劳损伤的概率密度函数.通过累计疲劳损伤小于1的概率可求得危险部位的疲劳可靠度,也就是整个基础的疲劳可靠度.以一3 MW风机作为算例验证了本文方法的有效性,应用概率密度演化方法,可以精确地给出基础在风荷载作用下的疲劳可靠度,本文成果对于近似工况的风机基础疲劳可靠度的计算具有借鉴意义.     

全风向来流非高斯风场风机疲劳寿命可靠性分析

在Hermite矩模型基础上,根据Kaimal谱生成某典型风机结构正常风速条件下,三种不同概率特性风场(高斯、非高斯硬化和软化),在考虑来流风向和平均风速联合概率密度条件下,以塔架基础连接处为例,对风机进行疲劳寿命可靠性分析.由叶片的气动模型和多体动力,计算出风机的动力响应,并对响应的时域和频域特性进行分析.基于线性损伤累积理论和Paris公式,对来流全风向条件下的裂纹形成寿命和裂纹扩展寿命进行了详细讨论.结果表明,裂纹形成寿命对风荷载的非高斯性较为敏感,而裂纹扩展寿命对风荷载的非高斯性并不敏感,需要考虑风荷载的非高斯性对风机结构疲劳损伤的影响.此外,在考虑全风向来流条件下,疲劳裂纹形成和扩展阶段的失效位置相同,均在主导风向上.     

基于最大熵理论的润扬悬索桥桥址极值风速预测

基于最大熵可靠度理论,提出了润扬大桥悬索桥的桥址极值风速预测方法,从而为润扬大桥悬索桥的风效应可靠度评估提供实际的荷载概率模型.根据桥址实测短期风速风向数据,计算了反映桥址气候特征的日最大风速风向频度函数,并计算了统计的桥址风速风向联合概率密度函数曲面.在此基础上采用最大熵法建立了桥址的风速风向联合概率模型,并对润扬大桥悬索桥50年和100年重现期内的极值风速进行了预测.分析结果表明,采用联合概率模型能够较好地描述润扬大桥悬索桥桥址的良态气候风场模式,并且桥址预测的极值风速小于设计风速,说明润扬悬索桥抗风设计时考虑了较大的安全度.     

输电塔线耦合体系的风振疲劳时域分析

风荷载作用下的输电塔线结构属于非线性耦合振动体系,自然风的脉动分量使体系中的构件处于交替受力状态,从而可能导致构件的疲劳破坏.文中以某直流线路的一段塔线体系为例,提出了输电塔线体系的风振疲劳时域分析方法;采用AR模型产生了随机风场,对输电塔线耦合体系进行了非线性风振时程分析;建立了考虑风向和风速分布等因素影响的疲劳累积损伤计算公式;确定了输电塔结构中疲劳损伤的关键部位,针对关键部位进行了应力分析,并采用线性累积损伤理论对构件的风振疲劳寿命进行了评估.结果表明,文中提出的时域分析方法可有效估算输电塔结构在风振作用下的剩余寿命.     

基于遗传粒子群算法风电机组变速与变桨系统PI控制器设计

为了提升风电机组的控制精度并降低关键承载部件的载荷情况，通过遗传粒子群方法研究了变速与变桨系统PI控制器的设计。首先，采用泰勒级数将风电机组线性化展开为状态空间方程。然后通过提取输入、输出和平衡点分别构建变速与变桨系统的数学模型。其次，分别采用Routh法和最小二乘法将变速与变桨系统辨识为低阶惯性系统和惯性时延系统。然后分别基于时间加权绝对误差积分准则和Chien-Hrones-Reswick法整定变速与变桨系统PI控制参数。最后，采用帕累托方法分配控制目标的权重关系并基于遗传粒子群算法优化变速与变桨系统PI控制参数，进而采用最小二乘法将其分别与风速和桨距角拟合构建自适应PI控制。结果表明：在变速控制中能够有效提升输出功率并抑制塔架顶部侧向振动；在变桨控制中能够有效平抑输出功率和发电机转速波动并降低叶片根部载荷情况。可见通过遗传粒子群方法设计的变速与变桨系统PI控制器具有良好的有效性和适用性。     

基于可靠性理论的桅杆焊缝风振疲劳分析

根据某一地区风荷载的分布规律 ,得到不同方向不同风速的累积时间 ,模拟风压脉动时程曲线 ;建立桅杆结构的空间有限元模型 ,计算结构在风荷载作用下的响应 ;得到不同方向不同风速作用下纤绳节点板焊缝的应力循环次数和应力幅 ;根据Miner线性累积损伤准则 ,得到总应力循环次数和等效应力 ;以节点焊缝的极限疲劳循环次数作为随机变量 ,基于可靠性理论 ,计算得到不同服役期节点焊缝的疲劳可靠性 .     

Probabilistic Load Flow Algorithm with the Power Performance of Double-Fed Induction Generators

Probabilistic load flow(PLF) algorithm has been regained attention, because the large-scale wind power integration into the grid has increased the uncertainty of the stable and safe operation of the power system. The PLF algorithm is improved with introducing the power performance of double-fed induction generators(DFIGs) for wind turbines(WTs) under the constant power factor control and the constant voltage control in this paper. Firstly, the conventional Jacobian matrix of the alternating current(AC) load flow model is modified, and the probability distributions of the active and reactive powers of the DFIGs are derived by combining the power performance of the DFIGs and the Weibull distribution of wind speed. Then, the cumulants of the state variables in power grid are obtained by improved PLF model and more accurate power probability distributions. In order to generate the probability density function(PDF) of the nodal voltage, Gram-Charlier, Edgeworth and Cornish-Fisher expansions based on the cumulants are applied. Finally, the effectiveness and accuracy of the improved PLF algorithm is demonstrated in the IEEE 14-RTS system with wind power integration, compared with the results of Monte Carlo(MC) simulation using deterministic load flow calculation.     

风力机叶片与整机的预应力振动模态分析

为了研究10 kW水平轴风力机叶片及整机的振动情况,通过建立其模态分析计算模型和预应力模态分析计算模型的方法,对旋转叶片施加风载荷和旋转离心力,在完成网格划分、载荷与约束条件的添加后,进行了预应力下的振动模态分析,并将几种工况下的固有频率进行了对比并得出结论.结果表明：仅有风载荷工况时,叶片和整机的固有频率基本没有变化;当同时有风载荷和旋转离心力时,随着风速的增加,固有频率有比较明显的增加,但当风速达到一定程度时,不再发生变化.     

江苏环港风电场风能资源特征分析

利用江苏环港风电场一座测风塔2010年12月至2011年11月的逐10 min实时观测数据, 对该地区风能资源特征进行综合分析, 得到该站点10, 50, 70和80 m高度的年平均风速为4.0~6.1 m/s, 年平均风功率密度为80.4~238.4 W/m2, 年有效风功率密度为116.5~262.5 W/m2, 年有效风速小时数为5777~7845 h, 年有效风能密度为679.3~2041.5 (kW?h)/m2。全年主导风向为NNE, N和NE, 三者之和接近全年风向的三成, 主导风向的风能密度接近全年的五成, 风速主要集中在3~8 m/s, 约占全年的80%。 总体来看, 该地区风能资源丰 富, 特别是已建设风机的轮毂高度年有效风功率密度达到250 W/m2以上, 有效风速小时数接近全年的90%, 具有很高的开发利用价值。     

基于长期实测数据的西北地区风力发电场风速风向联合概率分布分析

为更准确地研究风力发电结构在风荷载下的结构响应,基于甘肃气象局提供的1981-2017年甘肃六地风速风向实测数据,对各地区的风速风向联合概率进行分析.抽取每天的最大极值风速及其对应风向为极值样本,统计分析得到各地区风速风向联合分布.将Gumbel,Frechet和Weibull分布函数线性化的基础上,利用最小二乘法拟合各分布函数参数,根据参数拟合结果推算各地区10,50和100年重现期的极值风速,并和各地区最大基本风速规范建议值进行对比.研究结果表明,考虑风速风向概率影响的基本风速更加符合实际情况,最大基本风速规范建议值偏于保守.