上风向水平轴风力机塔影效应数值模拟

风力机塔架和叶片之间的相互作用是影响风力机气动性能的主要因素之一,本文以美国国家可再生能源实验室(National Renewable Energy Laboratory,NREL)的5MW风力机为研究对象,使用雷诺平均纳维-斯托克斯(Reynolds-Averaged Navier-Stokes,RANS)方程和剪切应力输运(Shear-Stress Transport,SST)k-ω湍流模型,采用计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法对三叶片上风向水平轴风力机开展了塔影效应的分析研究.为了得到更加精确的模拟结果,在模拟计算之前开展了网格无关性验证以及模型验证.模拟过程中使用了两种模型:带有塔架的风力机模型以及没有塔架的风轮模型,通过对两种模型的模拟研究得到了塔影效应对风力机气动特性的影响.同时,本文也开展了基于动量叶素理论的方法对塔影效应的研究,并且比较了这两种研究方法.结果表明:上风向水平轴风力机的塔影效应是非常明显的;塔影效应的存在使风力机气动荷载出现突变,对风力机叶片和塔架都会产生不利影响;塔影效应的存在对风力机气动荷载的平均值影响较小,使风轮的平均推力值下降0.46%、平均功率值下降0.87%.本文为进一步研究塔影效应对风力机气动特性的影响提供了一些参考.     

联塔斜拉桥桥塔模型试验

为了研究斜拉桥桥塔联塔结构的整体力学性能,结合国内某座斜拉桥变更后方案设计开展了桥塔3∶40的缩尺模型试验研究。介绍了模型的设计原则、相似关系和测试工况,对模型的加载方案、应变和变形测点布置进行了讨论。重点是通过对试验结构的分析以及与理论计算的比较,全面研究了联塔结构在多种工况下的结构行为。结果表明:实测值与理论计算值吻合良好,结构设计安全可靠。     

不同风向下输电塔对气象监测的塔影干扰效应

针对均匀风荷载作用下5C3-SJ3型输电塔的绕流流场开展数值模拟,探究0°～180°风向角范围内,输电塔对气象监测的塔影干扰效应。通过求解雷诺平均Navier-Stokes方程模拟输电塔周围绕流流场,湍流模型采用Realizable k-ε模型,并且运用切割体网格技术对计算域进行网格划分。通过探究各截面风速变化较小的区域,讨论不同风向下塔影干扰效应最小的截面,揭示了风向角对输电塔塔影干扰效应的影响规律。结果表明：塔腿横隔面和塔身横隔面中迎风侧杆件附近的塔影干扰效应最小,可考虑将气象监测点设置在相应位置上。通过三维计算流体动力学的方法,确定了塔影干扰效应较小的区域,并分析了风向角对塔影干扰效应的影响程度。研究结果对风资源数据的准确评估具有一定的指导意义。     

抑制风剪切和塔影效应引起的风力机电压闪变

在建立反映风剪切、塔影效应因素的并网双馈发电机系统的数学模型的基础上,针对并网风力机输出功率中主要的闪变频率设计了闪变抑制控制器,控制器中PID参数采用遗传算法进行离线整定。仿真表明,该控制方法可以有效地抑制并网双馈风力机引起的电压闪变。     

矮塔斜拉桥索鞍区模型试验及设计探讨

为研究矮塔斜拉桥的双套管索鞍对连续通过拉索的粘结锚固性能,探讨索鞍区的合理构造设计方法,结合一座矮塔斜拉桥工程,在国内首次进行了索鞍区的节段足尺模型试验.模型平面轮廓尺寸为3 m×2 m,高2.8 m;斜拉索由31根15.2 mm环氧涂层钢绞线组成,选取了双套管索鞍的2种粘结锚固构造.通过对单侧拉索的低周反复加载,测试了不平衡索力的传递程度;此外还对索鞍区混凝土连续体的受力特征进行了分析研究.结果表明,这2种粘结锚固构造均有较强且稳定的抗滑移效果;在索鞍区设计方面,探讨了便于更换拉索的构造,并建议在套管外布置螺旋箍筋,并根据拉压杆模型所揭示的力流配置套管下的受拉钢筋.     

减小风剪、塔影和湍流效应的独立变桨控制研究

针对现阶段兆瓦级风力发电机组(简称风力机组)运行在高风速时,由于风剪、塔影、湍流等因素影响,传统的PI统一变桨控制不能很好控制叶轮的不平衡载荷问题,提出了基于叶根载荷反馈的独立变桨控制策略。首先使用Bladed平台计算翼型的气动参数,再将各叶片的叶根载荷通过d-q坐标变换送入PI控制器中计算出各叶片最佳增益;其结果经过d-q坐标逆变换,获得各叶片附加桨距角,在统一变桨的基础上实现对各叶片独立变桨的控制。通过对叶根载荷和叶片挥舞弯矩仿真分析,验证了建立的独立变桨控制策略的优越性。     

阻尼效应的振动台模型试验研究

设计并进行了10层框架的模型振动台试验,分别进行了低频、中频、高频地震波模型试验.根据模型试验结果,应用不同模型试验数据分析方法——自由振动衰减、半功率法和HHT变换法,得出了模型结构前3阶自振频率及对应的振型阻尼比;再分别采用Rayleigh阻尼假定和Caughey阻尼假定,进行了相应模型结构地震反应的数值模拟,比较了不同阻尼模型之间的差异;较为详细地描述了根据试验结果作出较为合理的数值模拟的过程.     

部分斜拉桥主塔鞍座节段模型试验研究

中山市歧江大桥为三跨双塔单面索预应力部分斜拉桥,主塔鞍座采用新型索鞍结构．介绍该主塔鞍座节段模型试验,研究鞍座处索鞍下部混凝土的受力性能及应力分布情况,对主塔节段进行有限元空间分析,判定新型索鞍结构的合理性．     

独塔单索面斜拉桥主塔稳定简化分析

由于悬吊桥梁采用索塔支撑，其主塔往往须承受强大的轴向压力，因此其稳定是一个比较突出的问题，尤其是独塔单索面斜拉桥在空间受力和稳定性方面都相对比较薄弱，对其进行稳定性分析更显必要，在对其主塔受力的适当简化之后，分别对其弹性及弹塑性稳定进行了简化分析，在传统的弹塑性稳定内分析的基础上提出了一种独塔单索面斜拉桥主塔弹塑性稳定分析的简化方法，并以两座独塔单索面斜拉桥为背景做了算例，分析结果表明所采用的简化分析方法是可行的，。     

基于PhotoInfor的边坡开挖效应模型试验

为了研究开挖效应对残积土坡坡体内部变形特征及边坡失稳机理的影响,以福宁(福鼎—宁德)高速公路某高路堑边坡为原型,依据相似理论设计地质力学模型所需相似材料及其合理配比,结合自制监测系统和数字照相量测技术,开展基于PhotoInfor的多级边坡开挖效应模型试验研究,分析多级开挖过程中模型边坡坡体位移及应力的变化规律。研究结果表明:开挖过程中边坡坡体变形是由缓慢至加速滑动的渐进过程,坡体中部和坡脚开挖时,坡体内部位移增长速率最快;坡体上部位移大于下部土体位移,且从坡体内部向临空面方向位移逐渐增大;边坡在开挖过程中坡体内部土体应力分布不均,坡脚处应力集中度高,边坡前端推力随着开挖过程逐渐增大;开挖卸载效应打破了边坡原有应力平衡,坡体后缘出现张拉裂隙,裂隙在整个开挖过程中不断发育、扩展和连通,形成贯通裂缝及滑动带,滑动带的形成过程与应力集中→释放→转移→重新调整造成的局部应变集中现象一致;开挖效应具有一定时效性,应力与位移变化并不同步,应变集中具有一定的滞后性,对此类边坡的早期监测,应以水平位移增长速率为控制指标,后期监测应兼顾水平位移和应力水平增长速率,两者缺一不可。该研究成果可为中国东南沿海地区多级边坡开挖的预警监测和支护加固提供重要依据。     

脱硫塔结构抗震分析中的简化模型研究

利用有限元分析软件ANSYS,对河南三门峡电厂烟气脱硫塔进行结构计算分析.根据等效模型和原结构的动力特性应尽可能保持一致的等效原则,推导了脱硫塔结构简化模型理论计算公式,建立一维简化等效模型,并对其进行地震反应数值分析;通过与原结构计算结果的比较,验证了简化等效模型的合理性.     

随机集及其模糊落影分布简化定义与性质

近年来,Fuzzy集合与概率论的关系曾被人们所关注.Goodman[11-12].Ngayen[16-17]、Hirota[15]、Knakernaak[13]、Klement[14]都在这方面做过一些工作.张南纶[10]曾运用这一思想于Fuzzy试验建立Fuzzy集的隶属度.汪培庄[1-7]进一步提出了Fuzzy落影空间的理论框架,在超σ域基础上,研究了随机集合的可测性.本文对于超σ域给出了一种简化定义及描述方式,讨论了随机集诱导分布及落影分布的某些性质.最后给出一个构造例子.     

基于模型试验的横隔梁预应力效应研究

针对装配式梁桥横向刚度不足以及横隔梁开裂等问题,根据相似理论,加工大型缩尺模型进行模型试验,并对其静力特性与抗裂性等加以分析.试验结果表明,横隔梁横向预应力的设置,对桥梁横隔梁的抗裂起到至关重要的作用.最后指出,对于该类型桥梁,增加横隔梁横向预应力,在一定程度上可抵抗超载车辆荷载对横隔梁造成的破坏.     

GFRP静压桩挤土效应模型试验研究

为掌握GFRP桩-土相互作用机理及压桩动态力学效应,开展GFRP静压桩模型试验研究,对表土隆起量和径向挤土压力进行分析.分析表明:表土隆起量在径向距离在1.8D(桩径)处达到峰值.此峰值随沉桩深度的增加而减小,数值最终大致稳定在0.05D;径向挤土压力随沉桩深度的增加而先增大后减小,当沉桩深度大致等于测点深度时,测点处径向挤土压力达到峰值;峰值径向挤土压力Pm随着径向距离的增大不断衰减.当径向距离达到3D时,Pm衰减至峰值径向挤土压力的最大值Pmm的30%以下;Pmm出现在桩身中下部,数值大致与桩径成正比.     

高承台支桩群桩效应模型试验

设计缩尺模型试验,通过改变桩间距、支部位置、支部数量的模型桩试验与等截面桩试验的对比分析,研究砂土中高承台支桩的群桩效应。试验结果表明,含有支部结构的模型桩,其Q-s曲线多呈缓和形态,其具有优异的承载性能及抗沉降表现;桩间距对支群桩的影响不明显,支群桩的承载力随着支数、支层数的增加而增大,其沉降呈现减小的趋势,支层数的影响最为明显;在弹性阶段,支群桩的桩端阻力、支端阻力与支群桩的沉降位移呈线性正相关;支群桩的各桩桩侧的支部结构有效的分担部分荷载份额,其边桩优先比中桩发挥作用;支桩的群桩效应系数η基本接近于1,其各桩的承载力基本等同于单桩承载力。     

强震作用下渡槽TLD 效应模型试验研究

通过对矩形截面渡槽的单跨模型进行动力试验研究,探讨了渡槽在刚性地基强震条件下的调谐液体阻尼器(TLD)效应;通过调节槽内水位,研究了水体横向减震作用与深宽比的关系。试验结果表明,水体的晃动及水波破碎对渡槽的横向动力响应起到了 TLD 减震作用。渡槽内水位增加会改变结构的动力特性,使渡槽结构自振频率下降。在强震作用下,TLD 横向减震效果随水位变化发生波动,当槽内水体晃动频率与渡槽结构自振频率接近时,减震作用最为显著。     

热带不同植被边坡水文效应室内模型试验

结合海南地区台风强降雨规律,对三种植被条件的粉土边坡模型进行了人工降雨试验,为热带生态护坡的植被选择提供依据。通过测量两次降雨过程中的总降雨量、地表径流量、雨水渗出量、坡体储水量及相应时间,对三种植被条件边坡的水文效应开展了分析。相较于裸土边坡,细叶结缕草边坡和肾蕨边坡均具有较好的抗雨水冲刷能力,肾蕨边坡更占优势。降雨前后,裸土边坡渗透性大幅降低;细叶结缕草边坡渗透性有所下降,但不明显;肾蕨边坡渗透性则显著提高。肾蕨边坡良好的储水持水能力在一般情况下是有利于边坡稳定的,但在长期干旱后遭遇强降雨时,也有可能因其储水能力太强而给边坡稳定带来不利影响。相比之下,裸土边坡和细叶结缕草边坡的储水和持水能力均较差。综合比较来看,一般情况下,肾蕨的水文效应对于保持边坡的稳定性是最有利的。     

静压楔形桩沉桩效应模型试验研究

为探讨楔形桩与等截面桩在静力沉桩过程中的沉桩效应,在软土地基中分别对l根等截面模型桩和3根不同楔角的楔形模型桩进行静力沉桩试验.通过试验数据整理分析,获得等截面桩与楔形桩在静力沉桩中桩周土的竖向位移、径向位移、沉桩压力与沉桩深度的规律及最大竖向位移和径向位移.研究结果表明:在相同地质条件下,楔形桩周土的竖向位移和径向位移分别随沉桩深度、楔角的增大而不断下沉并靠近桩中心;最大竖向位移和径向位移均出现在1倍平均桩径处,最大竖向位移为平均桩径的5.78％～9.45％,最大径向位移量为平均桩径的0.92％～2.04％;楔形桩沉桩所需的沉桩压力随桩深度、楔角的增大而不断增加,且增加的速率越大.     

单管塔疲劳效应的时域分析

目前通信塔正由角钢塔向单管塔转型 ,但单管塔的加工工艺使其焊缝疲劳问题非常突出 .据此 ,对设计中通常选用的 4 0m高单管塔进行了疲劳分析 .其中 ,采用线性滤波器法进行了风荷载的时程模拟 ,建立了悬臂梁有限元模型 ,由有限元法计算应力最大焊缝处在各种风速下的应力时程 ,结合风玫瑰图、风速分布的Weibull曲线确定各应力时程的分布情况 .由S—N曲线进行焊缝疲劳分析 ,根据Miner准则得到线性疲劳寿命 .最后 ,结合实际焊接工艺 ,给出了提高单管塔疲劳寿命的构造措施