基于ANSYS的海上风机塔筒的自振特性分析

海上风电项目是可再生能源开发和利用的焦点,在开发海上风能的过程中,风机塔筒的自振特性是影响结构安全的重要一环.本文以某一风机塔筒为例,采用ANSYS有限元分析软件进行模态分析,讨论了3种处理质量、刚度非连续变截面塔筒结构的数值模拟简化建模方法,并比较3种方法在自振频率计算方面的准确性.研究表明,采用最大外径进行简化建模可以大大减小前两阶自振频率计算的误差率,所得结论可为类似结构自振频率简化计算提供依据,对于保证海上风电项目的安全性和可靠性有重要意义,具有一定的工程参考价值.     

东海某风场4 MW风机塔筒结构疲劳特性

海上风机塔筒长期受到风荷载等外部动力荷载作用,其应力响应相当不规则,容易发生疲劳破坏。由于每个风速工况出现的概率不同,而且塔筒在各工况下的响应也存在差异,因此有必要划分风速工况来编制疲劳应力谱。以东海某海上风电项目为例,建立塔筒结构三维精细化有限元模型,结合风速威布尔分布模型、雨流计数法和线性疲劳累积损伤法则,采用名义应力法计算塔筒的疲劳寿命,并与简化塔筒模型的计算结果进行对比分析,以期为风力机结构疲劳研究提供思路和参考。计算结果表明：通过划分风速工况来编制疲劳应力谱的方法是可行的;塔筒结构容易发生疲劳破坏的部位在塔筒中下部筒节之间的连接处及附近;在分析塔筒疲劳特性时采用壁厚随高度均匀变化的简化塔筒模型与精细化模型结果相差较大,会带来较大误差,因此建议建立精细化模型以合理预估风机塔筒疲劳寿命。     

1.5MW风机塔筒吊装施工技术

以华锐1500KW/82型风力发电机组为例,介绍了塔筒吊装施工技术,包括吊装前的准备工作,塔筒内电缆及安全绳铺设,法兰盘的清洗,详细介绍了吊装下塔筒时吊车布置、吊装步骤、和注意事项等。     

矩形钢管混凝土束剪力墙风机塔筒L型连接节点力学性能研究

针对目前风机塔筒结构发展受限于结构高度与安装效率的问题,本文提出了一种L型螺栓连接的矩形钢管混凝土束剪力墙风机塔筒,并且针对螺栓关键连接区域进行了力学性能研究。最后通过有限元建模的方法对塔筒单片矩形钢管混凝土束剪力墙在面外以及面内荷载下的性能表现进行了分析,并且给出了相关设计建议。研究结果表明塔筒螺栓连接区域在单轴拉伸下的破坏模式为连接板弯曲变形以及螺栓拉断。塔筒单片剪力墙的面内初始刚度及承载力要显著高于面外。综合考虑剪力墙力学性能的提升效率以及剪力墙各部件的应力分布状态,建议当螺栓直径为20 mm时,连接板厚度不应大于螺栓直径;建议当连接板厚取20 mm时,螺栓直径取其1.2倍。     

基于遗传算法的风机塔筒优化设计

开展塔筒优化设计可以有效降低塔筒制造成本,针对现有塔筒优化设计方法的不足,提出了一种基于遗传算法的风机塔筒优化设计方法.介绍了基于遗传算法的风机塔筒优化设计方法.以某型1.5 MW风机塔筒为例开展优化设计,结果表明:在满足塔筒安全可靠的情况下,采用遗传算法能够有效实现塔筒优化设计,与传统设计方案相比可将塔筒质量减轻约10.3%.     

海上风机桩筒复合基础的水平承载性能分析

为了提高海上风机基础承载力,设计了一种筒型基础与钢管桩组合而成的桩筒复合基础,基于极限平衡方法提出了考虑不同桩数的桩筒复合基础水平承载力理论公式.建立了桩筒复合基础的有限元计算模型,分析了不同桩数、桩径、布置方式的桩筒复合基础水平承载性能.研究结果表明:保持用钢量不变,桩筒复合基础可以有效提高基础的极限承载力;相比单筒...     

海上风机复合筒型基础负压沉放调平

复合筒型基础是一种巨型宽浅式负压沉箱基础,其筒内设置分舱以对托航、沉放、调平等进行控制.渗流与负压是筒型基础重要的研究内容,而目前尚未发现对复合筒型基础的相关研究.针对复合筒型基础,通过数值模型研究了其沉放调平渗流特性,以出口水力梯度为控制条件,建立了均质砂土中临界负压计算公式,并与无分舱板情况进行比较;最后分析了土质分层和渗流"反作用"对渗流场的影响.结果表明:分舱板使筒型基础沉放临界负压降低约10%,调平临界负压随倾角迅速下降;分层土体中相对渗径变长,临界负压增大,不容易发生渗透破坏;渗流使筒内土体疏松,渗透系数变大,造成内侧土体中水力梯度减小,对土体渗透稳定起到保护作用.     

新型海上风机浮式平台运动的频域分析

以5,MW 风机为模型,概念性地设计了一种新型海上风机浮式平台。基于三维势流理论和 Morison 经验公式,利用 HydroD 软件计算了浮式平台的水动力系数;根据悬链线理论,编程计算了系泊系统提供的回复刚度;考虑风机与平台、系泊系统与平台之间的耦合以及黏性阻尼的影响,在频域范围内编程计算了风机系统的运动响应,得到新型浮式平台的幅频响应曲线,并在此基础上研究了波浪入射角、水深等因素对浮式平台运动的影响。结果显示,在波浪角为0°时运动响应最大,且浮式平台更适用于较大水深。     

不同分析方法对风力机塔筒动力特性的研究

以云南某风场的风力发电机为例,分别采用解析法与有限元法对风机塔筒进行模态分析,得到结构的动力特性。在对比不同计算方法计算结果差异的基础上,对塔筒刚性与风轮旋转诱发的塔筒共振进行了研究。结果表明:有限元模型简化少,且计算结果丰富;结构基本对称的柔性风机塔筒在启动过程中必然出现2次瞬态共振现象;正常运营阶段,风力机风轮不会诱发柔性塔筒产生共振现象。研究为风力机塔筒的设计提供了理论依据。     

海上风机材料老化性能

综述了目前国内外海上风机的研究现状,阐述了海上风机材料老化机理,主要包括:湿热老化、紫外老化、化学介质老化、物理磨蚀老化、盐雾腐蚀等,概括不同老化类型对海上风机材料性能的影响,提出海上风机老化性能的研究方向。     

海上风电大直径宽浅式筒型基础抗弯特性分析

风机属于高耸结构物,承受巨大的弯矩是海上风电基础区别于其他常见结构基础的重要特征．大直径宽浅式筒型基础是适应海上风电特征荷载作用的新型基础型式．筒型基础的直径、入土深度、顸盖及侧壁厚度是控制其抗弯能力的重要技术参数．结合某海上风电工程实例,采用数值分析方法,系统研究了不同尺寸特征参数对筒型基础传递及抵抗弯矩荷载的影响,揭示了弯矩荷载作用下宽浅式筒型基础的失效模式及基础转动点位置;研究了地基承载力设计中等效均质算法的合理性．研究表明：基础抗弯承载能力随筒型基础的直径及入土深度的增加而显著增长;在弯矩荷载作用下,筒周围土体出现贯通的弧形破坏面而在基础下方土体中存在曲边三角形的稳定区;对于实际工程中的上软下硬成层土地基,经等效均质化后,将导致计算得到的基础抗弯极限承栽力明显偏高．     

海上风机复合单桩基础水平承载力数值分析

近年来海上风电发展迅速,装机容量不断增大,传统单桩基础受荷负担加重,故以单桩基础和安装在桩体外围的桶型基础(摩擦轮)组合而成的复合桩基础被逐渐采用,以保证风机服役期间的安全稳定。为研究复合桩基础承载性能,通过ABAQUS有限元软件开展复合桩基础水平承载性能的研究,分析其相较于传统单桩基础的承载力优势,并进一步进行优化设计。结果表明:相同受荷情况下,复合桩基础由于摩擦轮的存在,桩身泥面处位移和桩身弯矩均大幅减小,水平承载能力明显优于单桩基础;复合桩基础中摩擦轮直径和高度对其水平承载能力影响较明显,但其厚度对复合桩基础水平承载能力影响有限。可见复合桩基础承载能力明显优于单桩。     

风力发电机组塔筒门段静强度有限元分析

塔筒门段是塔筒最容易出现破坏的位置之一.运用MSC.Marc软件对其进行静强度分析.分析了塔架门段在受最大载荷下其应力、应变情况,并对其强度进行了校核.为结构设计提供了依据.     

海上风电大尺度预应力筒型基础结构预应力优化设计

应用于海上风电工程中的大尺度筒型基础为钢筋混凝土结构,中间的弧形过渡段为塔筒和筒基之间的传力过渡段,因而对其传力性能和防腐性能有着较高的要求.为优化大尺度筒型基础过渡段的传力性能和防腐性能,对基础上部弧形过渡结构施加预应力.借助有限元软件ABAQUS,对施加有预应力的大尺度筒型基础结构进行数值模拟分析.在极限荷载、交变荷载及相同的边界条件下,在弧形过渡结构上作用不同大小的有效预应力,计算各种情况下的弧形过渡结构和基础环梁受力特征,通过其主拉应力、主压应力的峰值以及主拉应力大于2,MPa的分布区域来分析结构受力性能.经过计算分析可知:弧形过渡结构在有效预应力增加到800,MPa时,继续增大预应力值,过渡结构抗裂性能趋于稳定;基础环梁在作用600,MPa有效预应力情况下,其抗裂性能最佳.在基础预应力设计中,应综合考虑两部位的受力变化趋势.有限元模拟的是有效预应力,在实际工程中,除考虑各种预应力损失外,应适当增加张拉控制应力.     

基于风力机整机气弹稳定性的塔筒结构优化

基于风力机整机的稳定性,提出了一种研究风力机塔筒结构优化的新方法。该方法以减小系统振动为目标函数,塔筒的直径和壁厚为优化参数,通过强度、变形量及质量等作为约束条件建立优化模型,利用内点惩罚函数法求解此优化问题,最后运用坎贝尔图(Campbell图)对叶片与塔筒耦合的风力机整机系统的稳定性进行分析。应用此方法对某2 MW水平轴风力机塔筒结构进行优化,整机的稳定性能得到很大改善,塔筒质量减少13%,具有一定的理论和工程实用价值。     

基于SACS的海上风机导管架基础疲劳参数敏感性分析

采用SACS软件建立海上风机导管架基础频域疲劳分析模型,选取不同波浪谱与谱参数生成波浪荷载,选用不同S-N曲线及SCF经验公式计算导管架基础及与塔筒连接部位疲劳寿命,分析关键参数对结构热点部位疲劳寿命计算结果的影响。分析表明,S-N曲线、SCF计算方法、波浪谱、腐蚀、桩土弱化作用等因素对导管架基础管节点疲劳寿命计算结果均具有较大影响。     

海上风机变径单桩基础水平承载特性数值分析

为研究海上风机变径单桩基础承载性能,通过有限元分析软件ABAQUS建立变径桩数值模型,开展变径单桩水平承载性能的数值模拟研究,分析其相对于通长单桩基础的承载性能优势,并针对变径段尺寸进行参数分析。结果表明：变径桩极限承载力较通长桩存在明显提高,相同水平荷载作用下,变径单桩基础桩身位移明显减小,其水平承载能力要优于通长桩基础;变径桩基础中底部桩径和变径段埋深高度对水平承载力影响较为明显,增大底部桩径与减小变径段埋深均能提升桩基的极限水平承载能力,但变径段长度对变径桩基础水平承载能力影响很小。可见变径单桩水平承载性能优于通长桩。研究成果可为深厚砂土地质下的海上风电单桩基础设计与结构优化提供参考依据。     

MICP加固对海上风机单桩基础静力特性的影响

为研究微生物诱发方解石沉淀(MICP)加固技术对大直径单桩静力特性的影响,采用数值模拟方法分析MICP加固浅层土体后单桩基础的承载力、变形模式、内力分布等静力特性,并对不同加固范围、加固形状、加固强度进行敏感性分析。结果表明：使用MICP加固土体可以有效提升单桩承载力(最高达70%);加固不改变单桩变形模式,但桩周土体变形区域范围有所变化;加固可改善单桩内力分布;对于不同加固范围,加固深度超过1倍桩直径后对于提升承载力影响很小;加固半径超过3倍桩直径后对于提高单桩承载力作用较小;对于不同加固形状,承载力由大到小依次是圆柱状、倒锥状、正锥状。加固土体强度增加时,单桩承载力亦随之增加。     

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。     

非对称风-浪荷载下海上风电筒型基础的累积倾角研究

随着筒型基础逐渐成为海上风电基础的常用形式,其在循环荷载作用下的倾角长期发展规律备受关注．基于模型试验与原型无量纲量等效的缩比尺原则,开展了不同工况风-浪荷载耦合作用下筒型基础模型试验,得到了筒型基础在循环荷载作用下的累积倾角发展规律．试验结果表明：影响筒型基础倾角累积速率的参数随着无量纲荷载幅值的增加而增加并与荷载的非对称性无关,部分双向非对称的风-浪耦合加载工况会导致筒型基础产生更为严重的累积倾角．当循环次数和循环荷载幅值一定时,累积倾角与表征荷载非对称性的无量纲参数呈近似线性关系．根据试验数据,建立了预测不同循环荷载条件下筒型基础累积倾角的经验公式．