基于气弹试验大型冷却塔结构风致干扰特性分析

以国内某电站超大型冷却塔为对象,设计加工1∶200缩尺比等效梁格气弹模型,在同济大学TJ-3风洞中,进行了冷却塔单塔测振风洞试验,在模型频率、振型、气动力参数模拟和试验易操作性方面均取得良好的较果,较好地避免了传统连续介质模型设计方法的不足;然后通过群塔风洞试验结果深入地探讨了子午向高度和环向角度变化对于所有测点位移脉动总能量、共振分量和风振系数的影响,最后总结性地获取了这类结构的风致干扰效应的基本特征.     

风-雨共同作用特大型冷却塔表面风荷载与作用机理

强风暴雨极端气候条件下,暴雨会直接影响塔筒表面气动力并改变脉动风的湍流特性,而传统研究大多仅关注风单向驱动雨对于结构表面的冲击力.为解决该问题,针对中国已建成的高为210.0 m的超大型冷却塔,首先基于计算流体动力学(computational fluid dynamics,CFD)手段采用连续相和离散相模型分别展开风、雨场的模拟计算.在此基础上,揭示风雨场雨滴运行速度和轨迹的作用机理,并针对9种不同风速和降雨强度组合的塔筒内、外表面风雨荷载,雨压以及等效压力系数等展开定性和定量的对比分析.提出的超大型冷却塔风雨等效内、外压系数可以很好地预测此类极端条件下的表面荷载取值.     

超大直筒-锥段型钢结构冷却塔内压效应

基于计算流体力学方法(CFD)对某在建亚洲最高(189 m)超大直筒-锥段型钢结构冷却塔进行数值风洞模拟,提出直筒和锥段典型断面处表面绕流和尾迹特性,同时分析直筒和锥段内表面平均风荷载分布特性,并给出相应的体型系数拟合公式。基于有限元方法对超大直筒-锥段型钢结构冷却塔分别进行3种工况(内压作用、外压作用、内外压共同作用)下的静风响应分析,研究内压效应对超大型直筒-锥段钢结构冷却塔的主筒、加强桁架和附属桁架三部分结构风致响应的影响规律。研究结果表明:锥段内表面体型系数在迎风面与直筒段数值相近,其他部位偏离较大;内压效应对结构负向位移、主筒负压极值区的横杆轴力、附属桁架横杆轴力及上部加强桁架支撑轴力影响相对较大。     

强风作用下大型双曲冷却塔风致振动参数分析

基于作者已提出的大型冷却塔风振计算方法(一致耦合法),结合风洞测压试验获得的表面气动力模式,分析了结构本身因素和外界干扰对强风作用下冷却塔结构风致振动的影响,对不同动力特性及阻尼比的冷却塔模型进行了风振响应背景、共振、耦合项及风振系数的精细化数值计算,对比并初步探索了周边干扰下大型冷却塔的风振机理.发现了特征尺寸、阻尼比和周边干扰对冷却塔风振响应的影响规律,为进一步理解冷却塔结构风致振动现象,避免不利共振的产生及采取相应的控制措施提供了有益的结果.     

考虑叶片偏航和干扰效应大型风力机体系风振响应与稳定性分析

叶片偏航和干扰会显著改变大型风力机表面气动力分布模式,进而影响风力机体系的风振响应和稳定性能.以某5 MW大型风力机为研究对象,首先采用大涡模拟(LES)方法进行了最不利叶片位置下考虑6个偏航角(0°、5°、10°、20°、30°和45°)影响的风力机体系流场和气动力模拟,并与规范及国内外实测结果进行对比验证了大涡模拟的有效性.在此基础上,结合有限元方法系统分析了不同偏航角下风力机塔架-叶片耦合模型的动力特性、风振响应和稳定性能.结果表明:不同偏航角下塔架径向位移均值和均方差的最大值均出现在塔架环向0°和180°处,最大塔底弯矩均出现在环向20°处.0°偏航时各叶片顺风向位移响应极值均大于2.7 m,随着偏航角的增大,塔架顶部径向位移、叶片顺风向位移和叶片根部内力的均值及均方差均逐渐减小,而临界风速则呈现先减后增再减小的趋势.综合表明:0°偏航角下风力机体系气动性能和风振响应均最为不利,45°偏航角下风力机体系的稳定性能最为不利.     

基于位移荷载输入动力时程法的误差分析

针对使用位移荷载作输入时存在的一些问题,从时间步长、质量与静动力参与系数、振型截取几个方面对使用位移荷载作多点输入时存在的误差进行分析.通过对比分析发现,位移荷载与加速度荷载存在根本的不同,前者会激发大量的振型,以致用来估计加速度荷载误差的90%质量参与法则不适用于位移荷载;对于位移荷载输入时需要0.001s甚至更小的时间步长,才能获得精确的结果;采用振型叠加法的振型截取可能会引起构件内力的较大误差,需要采用较高的振型数量来减小误差.     

风力机塔架-叶片耦合模型风致响应时域分析

基于风力机塔架-叶片耦合模型,采用改进的叶素-动量理论模拟了考虑平稳风修正、叶片旋转效应和空间相干性的风力机气动载荷,并基于有限元方法对该耦合模型进行了动力特性分析和风致响应时域计算.基于目标响应时程探讨了风力机塔架-叶片耦合系统在随机风荷载作用下的动力响应特性,并与不考虑叶片影响的风力机塔架风致响应进行对比分析.研究表明,在进行风力机的抗风设计时,应该考虑塔架-叶片的耦合作用.     

不同气动措施对特大型冷却塔风致响应及稳定性能影响分析

为研究不同气动措施对特大型冷却塔结构风致强度及稳定性能的影响,以内陆某核电特大型冷却塔为例,对无气动措施和增设3种气动措施冷却塔进行刚体测压风洞试验.基于试验结果对比分析了不同气动措施下冷却塔表面平均和脉动风压特性,然后采用有限元方法进行不同气动措施下特大型冷却塔的动力特性、风致响应、局部和整体稳定性能研究,最终提炼出不同气动措施对特大型冷却塔结构抗风性能的影响规律.     

中美日三国规范高层结构风荷载标准值对比

世界各国规范对高层结构的顺风向风荷载标准值都取多参数表达的计算式,各参数取值的差异最终反映到荷载标准值的大小.以参数分析为基础,对亚太地区具有代表性的中美日三国荷载规范关于普通高层结构顺风向风荷载标准值的取值原则和计算思路进行了对比.研究了基本风速、风剖面、紊流度、脉动效应系数等各参数的取值以及各参数间的相互影响,分析...     

一致耦合方法的提出及其在大跨空间结构风振分析中的应用

在结构动力学和随机振动理论基础上,推导结构脉动风总响应和等效静风荷载(ESWLs)的真实组合公式,提出用于补偿背景和共振交叉项的一致耦合方法来求解结构的风致响应和ESWLs.用一悬臂结构的经典算例验证本文程序的正确性;并以大跨度空间结构为例,采用CCM方法以及改进的三分量方法进行风致响应和ESWLs计算,通过与全模态CQC精确结果进行对比分析,揭示三层耦合项的参与机理.研究结果表明:本文方法精度高,对求解此类结构风致响应和ESWL有效.