海上风力机桩柱式结构动力响应分析

采用有限元方法,分析了桩柱式结构模态,得到结构振型变化,且研究了桩柱式平台结构的波浪力载荷作用机理,得到平台结构在时域中桩柱结构所受波浪力变化情况.同时分析了不同桩柱形式结构纵荡、横荡和垂荡以及横摇、纵摇和首摇方向波浪力变化.结果表明:多桩柱平台结构频率变化范围集中、振型变化较小;横荡方向波浪作用力小,纵摇方向波浪作用力大.     

柔性支承下风力机系统建模及轴承振动分析

融合柔性多体动力学、高维非线性动力学及摩擦学等理论知识,建立了极端载荷下基于柔性支承的风力机传动系统-塔架耦合动力学模型,并分析了打滑区域摩擦力、内圈转速等激励对轴承振动特性的影响。结果表明:阻尼对y方向上振动影响较大,为避免共振,阻尼的选取应该在合理的范围内;内圈转速较低时滚动体在打滑时的振动较微弱,分布较散,高速下则相反。结论为风力机轴承设计提供了一定的理论依据。     

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.     

复杂海况下风力发电机建模与动态特性仿真分析

考虑到海上风力发电机可能会受到冰载荷的影响,将随机冰力函数模型添加到风力发电机模型中,利用莫里森方程模拟海浪作用,建立复杂海况下多体动力学联合仿真模型,进行多场耦合作用下的风力机动力学特性分析,以此评估风力机系统在复杂工况下的运行风险。结果表明:风力机塔顶位移的波动主要受风载的影响;波浪、海冰对塔基载荷性能影响较大,会使塔筒产生持续振动并引发疲劳破坏,风冰联合作用时振动更为剧烈;由于海冰的持续撞击作用会使塔基载荷普遍大于无海冰作用情形,因此,针对海冰工况下风力发电机的设计要有所修正及完善。     

复合地基调平前后在水平力及偏心荷载下性状分析

采用MIDAS-GTS有限元软件,模拟了复合地基的6种模型。首先保证刚性桩总体积相同,在竖向均布荷载下,通过调整群桩桩长使其基础整体受力均匀后调平基础,对比模型的4种调平方案,选出最佳的调平模型;然后采用群桩的最佳调平模型在筏板上进行水平力及偏心荷载下的等效受力计算,同时采用基础调平前(等刚度布桩)的计算模型在水平力及偏心荷载下进行受力计算;最后对基础调平前后的差异沉降、弯矩大小与群桩的轴力、弯矩进行了对比分析,得出刚性桩复合地基变刚度调平前后筏板与群桩的受力变化规律,为优化复合地基变刚度桩的研究工作性状提供了参考。     

冲击波荷载下大楼地下室的三维动力分析

大楼地下室的战时功能开发是人防工程平战功能转换技术研究的重要内容，对其进行抗力验算则是这项技术的关键．据此，将直接积分的三维有限无法应用于冲击波荷载下大楼地下室的动力响应的分析，讨论了单元类型、网格密度、时间步长等对计算结果的影响，通过对加团前后的强度进行验算，得出了一些规律性认识和有价值的结论．     

基于TMD控制的浮式风力机稳定性研究

针对浮式风力机受到各种复杂载荷而产生的稳定性问题,通过在5 MW Barge风力机机舱内配置调谐阻尼质量器(TMD),利用FAST模拟结构的动力特性,研究TMD对海上浮式风力机平台运动特性、塔顶位移以及塔架根部载荷的控制效果.此外,基于遗传算法对TMD结构参数进行优化,并比较了在无控制、无优化TMD控制以及优化TMD控...     

复杂荷载作用下桩基承载特性模型试验系统研发

自主研发了复杂荷载作用下桩基承载特性模型试验系统,可开展单向荷载、竖向-水平耦合荷载作用下桩基加载试验。由模型槽、竖向-水平耦合加载系统、测量系统三部分构成,子系统之间以螺栓连接,可拆解。模型槽由透明有机玻璃制作、角钢加箍,便于试验土体观察和模型桩埋深、仪器埋设控制;加载系统采用滑轮、配重块和微型千斤顶、液压泵施加竖向-水平耦合荷载,设置直线滑动导轨为荷载方向调节装置,以消除水平面内桩顶与微型千斤顶之间摩擦力对桩土的作用效应,维持竖向力始终作用在桩顶中心位置;测量系统除可测得桩顶水平位移、沉降等数据外,亦可多点测量桩身水平挠曲线。最后开展了单向荷载、竖向-水平耦合荷载作用下PCC桩承载特性模型试验,对试验系统的可靠性和稳定性进行了验证。     

单桩基础海上风力机防护装置的船舶碰撞试验与数值对比分析

针对某4MW单桩基础海上风力机,提出了一种新型钢壳-橡胶组合结构的防船舶碰撞装置,分别基于简化缩尺物理模型试验和非线性有限元软件LS-DYNA方法,对船舶碰撞时海上风力机的动力响应特征进行了对比分析,同时,参照相关国际规范,选取了具有代表性的碰撞工况,分别研究了船舶碰撞时无防护装置的海上风力机和船舶碰撞时有防护装置的海上风力机的动力响应特征,结果表明,新型防护装置可以有效地降低作用于风力机主体结构的最大船舶撞击力,它可以利用其外层薄壁钢壳结构的塑性变形来吸收船舶的碰撞能量,从而保护风力机塔架及整体结构的安全.此外,数值模拟结果与物理模型试验结果具有较好的一致性,相关数值模型的有效性也得到了验证.     

海上浮式风机载荷计算与动力学分析研究综述

海上浮式风机是目前最具开发潜力的新型风电技术,能为蕴藏丰富的深海风能开发提供有效的解决方案.由于浮式基础的大幅度运动、缆索的非线性大变形、叶片和塔架的大柔性及叶片承受的巨大运行风载荷,使得风浪流载荷作用下海上浮式风机系统耦合动力学分析面临着巨大的挑战.考虑到海上浮式风机特有的运动和体型特征,论述了海上浮式风机水动力学、气动力学、锚泊系统动力学和刚柔耦合动力学分析等方面的研究进展,阐明了现有载荷计算和动力学分析方法存在的局限性和可能的解决方法,指出未来应从全局系统出发研究水动力学、气动力学和结构动力学耦合问题,从而发展并形成海上浮式风机的专业分析方法与工具.     

风力发电结构在风沙荷载激励下的动力响应分析

为研究风沙荷载对风力发电结构的危害,对风力发电结构进行风沙荷载作用下的动力响应分析.基于某2 MW风力发电机,建立不考虑风机叶片、考虑叶片旋转以及考虑土-结构相互作用的三种有限元模型.采用Dav-enport风速谱和谐波叠加法模拟脉动风速时程,利用动量守恒定律和风沙流密度建立风沙荷载力学计算模型.通过ANSYS分别模拟...     

海上浮动风力发电机组支撑结构的动力学与振动控制研究(英文)

海上风能是可再生能源领域中增长最快的一种能源.与海岸边与近海处相比,远离海岸处的风更强、且更稳定,因此坐落在离海岸足够远处的海上风电场可以产生更多的风电、具有更长的运行寿命.它可以避免传统风电场的一些重大问题,比如视觉和噪音影响、对野生动物的潜在伤害等;但从技术角度看,直接在海底固定风力涡轮机是比较困难的.为此,提出了一些基于浮动支撑结构的建设性解决方案.这些方案面临着一个重要挑战,即减少浮动海上风力发电机组的磨损、确保其在浮动支撑机构引起的各种状况下都能正常工作.与底端固定的支撑机构相比,浮动支撑机构的运动范围被扩大了很多.首先分析了浮动支撑结构的负荷和动态响应,并设计了半主动控制器来减弱浮动风力涡轮机上的动态风力和波浪负载;然后提出采用输出反馈控制策略,避免了对系统状态的依赖.用H∞输出反馈控制技术来设计半主动控制算法,并运用一个调谐液柱阻尼器(TLCD)实现了该算法.通过数值模拟,对所获得的结果进行了验证.     

风力发电机组系统建模与仿真

为解决风力发电机组所受工况瞬态多变且工作环境恶劣影响,建模分析了复杂、多变量、非线性的不确定系统.用叶素动量理论进行编程并集成到MATLAB/SIMULINK中,进行风力发电机组的气动性能计算,电机部分也在MATLAB/SIMULINK中建模,从而提出了一种基于MATLAB的失速型风力发电机组的动态仿真模型,模型中考虑了风力发电机组各部件之间的耦合作用关系及电机对风轮转速的耦合影响.利用提出的MATLAB仿真模型,对某失速控制型600 kW风力发电机组进行了仿真计算,试验结果验证了该模型的正确性.该仿真模型可以用于对风力发电机组的进一步优化设计、优化控制.     

风电机组旋转风轮对机舱测风影响的分析

为机舱测风更加准确,采用计算流体力学仿真方法,以5 MW风力发电机组为例,仿真分析了额定风速10.5m/s,风轮额定转速11.34r/min情况下,对比带与不带T型阻流板不同叶片结构对风力发电机组的外流场分布的影响,以及对机舱顶部风速风向仪测量精度的影响。计算结果表明带T型阻流板叶片对于机舱顶部风速仪、风向仪测量精度产生较大影响,建议将风速风向仪位置相对于原位置向前移动0.3m升高1m,使风速风向测量精度达到设计要求。     

海上风电项目施工差异性分析

我国海上风能资源非常丰富,海上风电作为风电行业的一个新兴产业,起步较晚,实施难度较大.该文来源于中海油渤海海上风电示范项目,从陆地制造、公差控制、防腐、海上运输、安装等方面对项目的实施进行分析研究,通过与陆地风电进行对比,找出其中的差异及解决措施,可以较好地规避项目实施风险,降低项目投资成本,为今后的海上风电施工提供了参考.     

基于风速估计和风剪切的风力发电机组变桨距控制

为提高大型风力发电机组捕获风能的能力,改善其主要零部件受荷载情况,提出基于有效风速估计和风剪切的风力发电机组独立变桨距控制策略.以某5 MW变速变桨风力发电机组为验证对象,基于Bladed软件平台对传统统一变桨控制策略和独立变桨控制策略进行仿真比较.结果表明:相对于统一变桨距控制策略,独立变桨距控制策略不但能满足维持风力发电机组输出功率额定值稳定的要求,而且使发电机组主要零部件的受荷载情况得到明显改善.     

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．     

高速湍流风下漂浮式风力机系泊失效动态响应研究

以Barge平台5 MW风力机为研究对象,基于叶素动量理论、势流理论及有限元法建立平台气动−水动−系泊动力学模型,考虑风浪同向入射的最恶劣情况下的系泊失效,此时漂浮式风力机承受风浪载荷最大,系泊最易因疲劳及冲击载荷发生失效,对比分析高速湍流风与稳态风作用下不同位置系泊失效前后平台动态响应及系泊张力。结果表明,迎风浪侧系泊失效对多个自由度响应有显著影响,背风浪侧系泊失效主要影响纵荡、纵摇和艏摇响应,在高速湍流风作用下,平台瞬态响应加剧,横荡方向的漂移距离增加,纵荡波动幅值提高,迎风浪侧系泊张力最大值及平均值明显增大,且越靠近迎风浪侧系泊平均张力越大。因此,出于安全性考虑,平台系泊设计应考虑高速湍流风的影响。     

桁架式近海结构物整体波浪载荷分析

本文以各种直径、杆件方向和长度各异的圆柱型壳体水下杆件为主要构成形式的桁架式近海结构物为对象,首先逐一计算组成桁架式结构的每一杆件的波浪力,然后对这些单一杆件的波浪力进行叠加来得到结构物的整体波浪载荷,在此基础上分析在不同的波高、周期以及浪向等波浪环境下结构物的动力响应,分析不同的结构形式对波浪载荷响应的影响。本文的计算结果可为结构物在波浪环境下整体极限波浪载荷以及在这些极限载荷作用下结构物的水动力特性评估提供依据,同时利用本文所提出的方法,也可以计算桁架式近海结构物在设计波作用下的整体弯矩、剪切力以及设计者所需要了解的波浪载荷沿结构物特定形式的分布。