地震作用下风力机的TMD减振优化

为研究调谐质量阻尼器(TMD)对风力机的减振效果,以某140 m风力机为例开展了地震作用下TMD的减振优化分析.首先建立了该风力机的空间有限元模型,根据其动力特性及响应确定了TMD的布置位置;然后基于响应面法(RSM)优化了TMD的设计参数,进而拟合了TMD最优频率比及阻尼比的计算公式;最后通过典型地震波输入下风力机的...     

预应力钢筋混凝土风力发电塔架的地震响应分析

随着风力发电机向海上风力发电和单机大容量的趋势发展,预应力钢筋混凝土塔架将有更广阔的前景.为此,以功率2 Mw的大型风力发电塔架为例,参考日本土木学会的风力发电塔架结构设计指南,提出了一种预应力钢筋混凝土塔架的设计方案,建立了结构计算模型,对其动力性能进行了研究,并做了地震响应分析.采用EL Centro实测地震波,对预应力钢筋混凝土塔架结构的有限元模型进行了仿真计算,并将时程分析结果与按设计指南提出的地震反应谱方法得出的设计值进行了比较分析;讨论了安全检查用工作洞口的设置对塔架结构抗震性能的影响;研究了不同的地震波入射角时塔架结构的地震响应,对该结构的抗震性能进行了详细的分析.结果表明,所提出的预应力钢筋混凝土结构形式不仅可以避免由叶轮脉动激励的共振响应,且具有较好的抗震性能,工作洞口的设置并不影响其抗震性能.研究结果将为预应力钢筋混凝土塔架的设计提供重要的理论依据.     

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...     

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.     

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。     

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.     

基于MTMD的管道振动倍频响应减振研究

大型化工管道受管内流体流动、边界约束、振源激励等复杂因素影响,服役期间往往会发生振动,其振动频率相较于土木结构较高,且可能存在多个主要频率成分. 若采用单一频率的调谐质量阻尼器（Tuned Mass Damper,TMD）,难以达到理想的控制效果,而采用多重调谐质量阻尼器（Multiple Tuned Mass Damper,MTMD）时,受现场条件限制,又存在无法确定最优安装位置等问题.本文开展了基于MTMD的管道倍频响应减振研究. 首先,开展了某化工企业丙烷脱氢装置的大型管道现场实测研究,发现管道振动频率存在明显的倍数关系,即倍频现象.其次,建立局部管道有限元模型,分析管道动力特性,提出了基于数值搜索法的MTMD参数设计方法.最后,考虑化工管道现场安装条件的限制,研究了MTMD安装位置对管道减振效果的影响. 数值研究结果表明,安装MTMD可有效减小管道振动响应.     

基于ANSYS的垂直轴风力机塔架的力学分析及结构优化

基于ANSYS对大型垂直轴风力机塔架进行静力学分析、动力学分析及结构优化。首先,根据风力机的功率确定塔架的大体尺寸;然后,对塔架进行静力分析,并对塔架承受最大载荷时的最大应变进行强度校核;对塔架的动力学分析包括有预应力的模态分析和地震谱响应分析。ANSYS优化主要是通过改变塔架的厚度提高其固有频率,避免因塔架在发电机的激励下共振而产生的破坏。对塔架的力学分析能够在满足力学性能的前提下使塔架的质量最轻,降低塔架的制造成本。     

高层建筑地震反应多重TLD控制研究

对高层建筑多模态地震反应进行了多重调谐液体阻尼器（MTLDs)控制研究。由输入不同的地震波,对高层建筑结构第一、第二阶主模态反应施加控制,分析了对结构第一、二阶主模态反应分别设置多重TLD体系对减振效果的影响。     

基于BESO算法的大型海洋垂直轴风力机支撑结构优化

大型海洋垂直轴风力机的研究对发展海洋风能具有重要意义,研究大型垂直轴风力机的合理支撑结构形式对风力发电结构安全至关重要.基于变删除率的双向渐进结构优化(BESO)算法,对大型海洋垂直轴风力机进行支撑结构优化,并通过风力机的动力响应特性分析,验证结构优化方法的可靠性.结果表明：反比例型变删除率的BESO算法能有效改善优化迭代速率,适用于垂直轴风力机的支撑结构优化设计;相比于初始结构,拓扑出的新结构模型在风荷载作用下的风致动力响应显著降低.研究成果可用于垂直轴风力机支撑结构设计优化.     

大型风力机叶片阻尼层厚度分析与抑颤研究

为增强大型风力机叶片抑颤效果,从增加叶片的结构阻尼角度出发,以8MW风力机叶片为研究对象,通过铺层设计和阻尼层位置设计为建立阻尼叶片有限元模型提供基础.分别以SHELL181单元和SOLID185单元模拟叶片上下蒙皮和阻尼层,对无阻尼叶片和阻尼叶片两种模型进行模态分析,探究阻尼层厚度变化对原叶片整体质量、固有频率及结构...     

基于管道调谐质量阻尼器的宽频减振实验研究

将调谐质量阻尼器应用于管道减振时存在有效频带窄等问题,严重限制了其在工程中的应用。本文通过建立管道调谐质量阻尼器减振试验台,研究得到调谐质量阻尼器安装的最佳位置以及作用范围的大小;通过增加调谐质量阻尼器的质量比或者个数有效地拓宽了其作用频带的范围。本文实验结果能够为调谐质量阻尼器的工程应用提供一定依据。     

高墩桥梁地震响应分析研究

汶川地震震害结果表明,在我国西部山区普遍存在的高墩桥梁震害严重,不少高墩桥梁在高于设防烈度的大震作用下出现了上部结构落梁、桥墩倒塌或压溃等严重破坏,直接影响到抗震救灾工作的顺利开展．因此,应对其抗震设计提出更高要求．通过对一座高墩三跨连续箱梁桥的地震响应进行数值模拟计算,分析了高墩桥梁的地震响应特点,提出了高墩桥梁在大震作用下应采取防止落梁及墩柱压溃破坏的构造措施．     

风力发电结构有限元建模及其地震响应分析

为研究不同精细程度的风力发电结构有限元模型在不同分析目的下的适用性,基于2MW三桨叶水平轴风力发电机,采用有限元软件ANSYS建立七种不同精细程度的风力发电结构有限元模型,以风力发电结构地震响应分析为例,得到各模型的响应结果,分别从变形、内力、应力以及应力集中四个方面分析各个模型的计算结果.研究结果表明：在计算风力发电结构的变形时,由于上部机舱及叶片对其影响较小,采用低阶单元即可得到较好的模拟结果;在计算塔底截面剪力和截面弯矩时,考虑机舱及叶片的有限元模型得到的结果较为精确,单元选择时需采用高阶实体单元;不考虑叶片、轮毂以及机舱得到的塔筒截面应力离散性较大,采用壳单元可较好地模拟塔筒截面应力;叶片、机舱等上部结构对门洞局部产生的应力集中影响较大,在计算时建议应用塔筒采用壳单元、门洞局部采用实体单元的多尺度模型进行模拟.     

三叶片H型垂直轴风力机风振与减振研究

针对三叶片H型垂直轴风机风振与减振问题,基于计算流体动力学(CFD)方法,采用数值方法模拟获得风机在转动周期内的叶片风压分布.将风压力时程荷载施加于风力机叶片表面,分析风机结构风振响应.在风力机不同位置处分别布置阻尼器,并数值模拟阻尼器耗能减振能力.结果表明:在垂直轴风力机主轴与支杆连接处布置阻尼器可降低结构位移响应,总位移最大降幅达44%.阻尼器位置与结构位移降低率密切相关,在近风机叶片顶端连杆处布置阻尼器,结构最大位移发生在风机叶片底端.在近风机叶片底端连杆处布置阻尼器,最大位移则发生在风机叶片顶端,下降达40.7%.研究成果可为垂直轴风力机减振研究提供技术参考.     

工程结构中流体阻尼器的减振机制与控振分析

在对粘滞流体阻尼器的构造及阻尼孔的阻尼特性进行分析的基础上,建立了粘滞流体阻尼器的阻尼力与速度的关系式,并对某一设置粘滞流体阻尼器的5层框架进行了控振分析,证实了粘滞流体阻尼器具有良好的减振控制效果。     

大跨度钢连廊舒适度分析及减振控制

针对某45 m大跨度钢桁架连廊的振动舒适性问题,建立了结构有限元模型,对比了目前国内外常用的舒适度标准,选择以AISC-11为代表的能同时考虑振动强度及振动环境的标准进行评价,选取正常使用时可能出现的各种不利工况进行时域及频域内的加速度响应分析.同时对影响大跨度结构舒适性的楼板厚度、边界条件、人的动力特性等进行了参数分...     

调谐滚球阻尼器在风力发电塔架中的振动控制研究

基于调谐质量阻尼器(TMD)原理,设计了适用于风力发电结构的滚球阻尼器,通过振动台模型试验,研究了该阻尼器的减振效果.试验表明,这种新型的滚球阻尼器的质量仅为一阶模态质量的1.5%～2.5%,可有效提高结构阻尼,在不同的工况下均具有较好的控制效果,可使试验模型的底部弯矩和塔顶位移的标准差减小20%～46%.这种阻尼器施工工艺相对简单,因此具有良好的经济性和实用价值,值得在实际工程中推广.     

1000 kV特高压大跨越输电塔调谐质量阻尼器减振效果分析

本文结合有限元模拟和风洞试验方法,研究了大跨越输电塔这一类高耸结构在有、无调谐质量阻尼器(TMD)时的风振响应.结果表明,当阻尼器占主结构质量比为2％时,对结构在横线和顺线方向的第一阶弯曲振动控制较好,放置T MD可增大结构的阻尼比,提高输电塔振动响应中的加速度均方根及位移均方根减振率,有利于输电塔结构整体的振动控制.     

大型地下结构三维地震响应特点研究

采用阻尼影响抽取法分析了地下结构无限围岩介质的动刚度特性，建立了岩石地下结构抗震分析的实用相互作用分析时域模型，比较研究了地下结构—围岩动力相互作用分析中地震动输入机制、无限围岩动刚度及结构特性等各种主要因素对地下结构地震响应的影响程度．指出几种常用地下结构地震响应近似分析方法只在一定条件下适用，无限介质的阻尼特性对结构响应起着重要的作用．