大型风力机塔架在脉动风下的动力响应特性研究

采用Kaimal脉动风功率谱,考虑脉动风的空间相关性,采用AR模型模拟风电场脉动风速时程,并验证脉动风速谱与目标谱的一致性;通过有限元方法计算风力机塔架结构在风载荷作用下的动力响应特性。计算结果表明:AR模型对实际风场风速进行有效模拟,考虑脉动风的影响,塔架的风振响应显著增加;随着风速的增加,塔架的振动也随之增加,这为风力机塔架的风致响应分析和抗风研究提供了实用方法。     

脉动风作用下塔架结构的风振响应分析

 简述了应用线性滤波法中的自回归模型(AR)模拟出给定风速功率谱的风速时程序列,并验证其与目标谱(Davenport谱)的一致性,再通过规范公式推导脉动风载与风速之间的关系,从而得到作用在各节点的脉动风荷载时程样本。以某42m高的通信塔架为原型进行了模拟计算分析,用有限元分析软件ANSYS建立其有限元模型,并用Matlab获取了塔架迎风面各节点上的风荷载时程信号作为动力输入。利用ANSYS对结构进行了模态分析,结果显示结构的前几阶振动均是平面振动,第3阶振动开始出现扭转模态和局部振动模态;同时,基于ANSYS时程分析方法计算了结构在脉动风载作用下的风振响应。结果表明,在仅考虑脉动风作用的情况下,本塔架结构顶部的水平位移低于规范规定的位移限值,但塔架截面变化拐点处的弦杆在风载作用过程中会产生较大应力,在塔架设计中予以注意。     

煤矿井塔结构在脉动风荷载作用下的响应分析

文章简述了风荷载特性与脉动风荷载的风速时程自回归(autoregressive,简称AR)数值模拟方法,模拟了给定风速功率谱的风速时程序列,并验证其与目标谱的一致性,从而得到作用在结构模型各节点上的脉动风荷载时程样本。以某煤矿井塔结构为例,用有限元分析软件SAP2000建立其有限元模型,并用Matlab获取了井塔结构迎风面各节点上的风荷载时程信号作为动力输入。利用SAP2000软件对结构进行模态分析,并基于时程分析方法计算结构在脉动风荷载作用下的风振响应。结果表明,AR模型能有效地模拟具有空间时间相关性的节点脉动风速时程,可为结构的安全性设计或结构的改造提供参考和依据。     

高层建筑风场的脉动风速时程模拟

采用经过FFT算法改进的谐波叠加法(WAWS)及自回归(AR)模型的线性滤波法对实际工程进行脉动风速时程模拟.对2种算法所模拟的风速时程进行分析,结果显示了风速功率谱及相关函数的特性,分析结果说明AR模型中模型阶次及时间步长对风速时程产生较大影响.根据结构的有限元动力分析,采用能量相等的原则,即使结构固有频率段内的目标谱和模拟谱能量相等,对风速时程进行修正,使模拟风速时程更趋合理.     

考虑风与结构耦合作用的张弦梁结构风振响应分析

基于自回归(AR)模型考虑空间相关性,对张弦梁结构的随机脉动风进行数值模拟;利用有限元软件AN-SYS,考虑风速与结构速度的耦合作用,以材料阻尼模拟气动阻尼对结构进行风振响应分析,求得结构时程响应曲线;脉动风速样本的功率谱与目标功率谱比较结果吻合良好,表明所采用的随机过程模拟理论可靠,风速时程数据的计算机仿真程序有效;同时探讨参数变化对结构风振响应的影响.     

脉动风载环境下发射天线结构时程响应分析

<正>确模拟脉动风载荷是研究高耸结构性能的关键,本文以某型雷达发射天线为对象,采用基于线性滤波器法的自回归模型(AR模型),模拟出风速及脉动风压时程曲线,与Davenport谱对比验证了曲线的合理性,借助有限元分析软件WorkBench,对脉动风载下发射天线进行动力时程响应分析和地基抗倾覆分析,该方法具有精确性和有效性,满足实际要求.研究内容为其它高耸结构脉动风载的分析提供了参考.     

基于时域法的不同塔架风力机抗台风分析

为探讨不同塔架形式风力机的抗台风性能,基于Abaqus有限元软件建立4种不同塔架形式的风力机一体化模型,用自回归(AR)法对脉动风时程进行模拟,分别进行了模态分析和台风时程分析.结果表明,风轮和机舱对风力机自振频率的影响较大;钢筋混凝土锥筒塔架的最大顺风向位移随台风风速的增加呈平缓线性增加趋势,而其他3种塔架的位移随风速的增加表现为非线性增加.钢管格构式塔架为轻型柔性结构,其风载响应最为显著,钢锥筒塔架次之,而钢筋混凝土塔架因具有较大的自重和刚度,其位移响应最小,抗风性能较好.     

基于多维AR模型的桥梁随机风场模拟

基于自然风特性,通过考虑结构节点间风速时程的空间相关性,采用多维AR模型模拟主梁和桥墩节点随机脉动风速时程,利用FPE准则和AIC准则确定模型阶数,并对模拟过程中的自回归顺序、功率谱密度等问题进行研究.对兰新二线铁路白杨河大桥采用多维AR模型模拟各节点的脉动风速时程,结果表明:当AR模型阶数为4时,模拟功率谱与目标功率谱吻合较好;当自回归顺序颠倒时,模拟功率谱明显偏离目标功率谱.     

高层钢框架预应力索支撑结构脉动风模拟AR模型参数分析

 以高层钢框架预应力索支撑结构为例,研究了应用AR 模型进行脉动风模拟时,模型的2 个关键参数--时间步长、时域点数的取值对模拟结果的影响。在讨论基于AR 模型的脉动风模拟方法的基础上,利用有限元软件Sap2000 建立结构模型,利用Matlab 编制AR 算法程序,分别选用不同的时间步长、时域点数对结构进行脉动风速时程分析,将生成的脉动风速功率谱曲线与目标谱进行对比,根据曲线吻合情况确定参数的合理取值范围。结果表明,时间步长的取值对AR 模型模拟结果有较大影响,其最优值域为0.10~0.18 s,超出这一范围均会导致功率谱曲线与目标谱偏离,降低模拟精度;时域点数对AR 模型模拟精度的影响较小,可根据工程需要选择时域点数。     

超大跨屋面结构风速时程的数值模拟研究

基于自然风的特性,采用AR模型(自回归模型)模拟具有时间和空间相关性的随机风速时程,并对Whittle递推算法进行了改进,用于求解回归系数矩阵,编制了相应的风速时程模拟程序.算例表明:该法计算效率高,所编制程序可用于超大跨结构复杂屋面随机风场模拟.另外,通过对AR模型有关参数的分析讨论知:对于Davenport谱,兼顾精度和效率,时间步长取0.1 s左右、截取频率上限取5～8 Hz比较适宜.     

基于随机振动理论酒杯型输电塔风振系数研究

针对输电塔架中应用范围最为广泛的酒杯型塔架,不同规范给出不同的风振系数计算方法.本文基于随机振动理论采用Davenport谱模拟脉动风,在ANSYS环境中对塔架有限元模型进行风振时程分析,从而得到模拟风振系数结果;并将模拟结果与规范运算结果进行对比分析,得到不同高度的输电塔架的风振系数变化规律.结果表明,在塔身部分三种规范及模拟结果都十分接近;对其曲臂及横担处,规范公式凸显不足,应该考虑刚度突变引起的此处风振系数变化.     

基于小波方法的空间风速场模拟

为克服随时间变化模型基于适应过滤器和窗口估计方法中窗口长度不宜过大,产生的短时时间序列模拟准确性不够高的缺点,应用小波分解方法,结合线性滤波器法的向量过程自回归(AR)模型,给出了模拟空间脉动风场的一种新方法.该方法对于AR模型自回归系数在空间上进行小波扩展,采用最小二乘法来估计AR模型的自回归系数,并给出了该方法模拟空间风速场的实现步骤.将该方法应用于一空间结构的风速场模拟,并给出了模拟结果与目标值的对比,以及与向量过程AR模型模拟结果的对比,结果证实该方法可以减少风速时程分析在频域上的信息损失,对短时时间序列模拟具有较高的准确性,并具有较高的计算效率.     

脉动风作用下经纬仪保护窗口镜面波像差预测

脉动风对结构的影响具有不确定性,为了消除脉动风给系统成像质量造成的影响,需要对脉动风作用下经纬仪保护窗口镜面波像差进行预测。提出一种基于NARX神经网络模拟脉动风压和镜面波像差RMS间的非线性关系的模型,采用AR模型模拟脉动风速时程;并利用有限元分析镜面变形得到的数据拟合镜面面形获得镜面波像差RMS,对NARX神经网络进行离线训练、验证和预测。仿真结果表明,所建立的NARX神经网络模型预测均方误差MSE为3.434 8×10~(-9);并能够满足经纬仪系统镜面变形在线主动补偿实时性要求。     

随机风场空间相干性研究

提出了一种描述随机风场空间相干特性的相位差谱模型,可用于大范围随机风场模拟.经典理论中一般采用相干函数来描述空间风场相干特性.研究发现,相干函数只是二阶数值特征,远不能描述两点脉动风速相干特性的丰富概率信息.研究表明,Fourier相位差谱可以对脉动风速时程的相干特性进行全面的描述.基于对影响相位差主要因素的分析,提出了相位差谱的基本模型.通过与实测相位差谱的比较,验证了所提模型的合理性与适用性.应用该模型进行了风场模拟,效果良好.     

大跨拱形结构等效静力风荷载

基于计算流体动力学(CFD)方法和有限元动力时程分析法,数值模拟脉动风特性,获取脉动风速时程,以此作为数值风洞模拟的入口边界条件.运用FLUENT软件对大跨拱形结构进行脉动风作用下结构的非稳态分析,得到作用于结构的时程风压荷载;运用ANSYS分析软件进行结构的风振响应计算,分析获得了基于结构风振响应时程的等效静力风荷载.提出多目标等效静力风荷载加权组合系数的定义,计算获得了大跨拱形结构的多目标等效静力风荷载,并验证了其计算精度.研究结果表明,在基于该方法所得等效静力风荷载作用下,结构静力响应计算结果与风振动力时程响应极值吻合.     

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.     

海上风力机随机风场模拟及风振响应分析

为研究海上风力机的风振特性,进行风力发电塔-轮系统的随机风场模拟和风振动力响应计算。采用谐波叠加法模拟塔架和风轮的来流风速时程,进而基于改进的叶素-动量理论(MBEM)模拟考虑风轮和塔架相干效应、风轮旋转效应的风轮脉动风速时程。结合已提出的柔性结构风振精细化频域计算方法"一致耦合法",对海上风力发电系统结构进行风振动力响应和风振系数计算。研究结果表明:海上风力发电塔-轮系统的风振动力响应以共振效应为主,但背景响应和耦合项不能忽略,风振呈现多模态耦合和多振型响应2个显著特征;系统风振系数的分布差异较大,其中风轮尖部最大(2.35),塔架中下部位最小(1.40)。     

典型塔式起重机塔架结构风致动力响应与疲劳分析

将谐波叠加法与自回归法相结合,构建了新型风时程混合模拟方法,数值模拟三维风速时程,并转为风荷载时程;针对典型塔式起重机塔式结构,建立参数化力学模型.基于Newmark-β方法进行结构风致动力响应分析.基于结构关键点的应力-时间历程并引入S-N曲线法,分析塔架结构的疲劳损伤效应.研究发现,塔架结构节点的风致位移响应、速度响应和加速度响应均较稳定且风致位移响应具有周期性特征,塔臂两端部和塔顶的风致位移和疲劳损伤较大.研究成果可为此类塔架结构的抗风设计提供技术支撑.     

高速列车车门稳态风致载荷作用下的载荷谱模拟

考虑随机风载荷对高速列车车门疲劳强度的影响,以某型号高速列车车门结构为研究对象,对风致载荷作用下的车门载荷谱进行模拟.选择Karman修正风速谱作为目标谱,采用贝叶斯信息量准则确定自回归模型阶数,以线性滤波法模拟随列车移动点脉动风速时程.引入气动导纳系数,并结合风速与风压的关系模拟车门的非定常气动载荷.研究成果表明,风速和风压仿真功率谱与其相应的目标谱在仿真频段内均吻合良好,满足车门疲劳强度试验的实施要求.     

基于随机Fourier谱的风场仿真

研究了由随机Fourier谱生成具有特定场地风荷载统计特性的样本函数的问题．首先对随机风场模型进行了描述，然后利用谐波合成的方法，在对互随机Fourier谱矩阵进行Cholesky分解的基础上，通过一组余弦函数的和对随机脉动风速场进行了模拟．最后，结合一20层平面框架结构纵向风速场的仿真问题进行了数值仿真研究．算例表明，所提算法可以准确地模拟给定场地特性的脉动风速时程．