风荷载作用下输电塔结构动力可靠度分析

介绍一种新的随机结构分析方法-概率密度演化方法,以及基于该方法的动力可靠度分析方法．为 了实现其在风工程中的应用,从随机Fourier谱的思想出发,阐述了随机风场具有随机性的物理本质,给出 了两个基本随机变量-地面粗糙度z0和10 m高平均风速U10服从的概率密度函数．最后,应用概率密度演 化方法对某输电塔结构受风荷载作用下的动力可靠度进行了分析,并将分析结果同随机模拟方法计算得到 的结果进行比较．算例证明,概率密度演化方法可以准确、有效地分析风荷载作用下输电塔结构的动力可 靠度．     

基于物理机制的风力发电高塔系统风场模拟

为了准确确定作用于桨叶和塔体的风荷载,研究了基于物理机制的风力发电高塔系统风场模拟问题.依据随机过程的随机函数描述,提出了基于物理机制的旋转Fourier互谱,有效地考虑了桨叶旋转效应和桨叶上不同点风速之间的相关性.然后,对旋转Fourier谱(随机Fourier谱)作逆Fourier变换,实现了桨叶(塔体)的风场模拟.最后,结合典型的1.25 MW三桨叶变桨距风力发电高塔系统,进行了纵向风速场数值仿真研究.算例表明,该算法可以准确地模拟给定风环境的风力发电高塔系统脉动风速时程.     

输电塔随机地震反应分析及可靠度计算

地震动具有很强的随机性,合理描述地震动随机过程是结构抗震设计的重要前提.本文运用正交展开方法生成了随机地震动,将样本总体二阶统计特性与规范进行了比较,并结合概率密度演化理论,进行了输电塔在顺线向输入随机地震动时的反应分析和可靠度计算.得出了输电塔在随机地震动激励下的概率密度演化规律,以及在以塔顶位移转角为失效控制模式下的可靠度,并试图尝试将传统输电塔抗震设计中的基于承载力转向基于可靠度,为输电塔结构抗震的精细化设计提供一个新的参考.     

基于概率密度演化方法的装配式箱涵构件可靠度研究

为提高装配式箱涵构件可靠度分析的计算精度和效率,依托实际工程,基于概率密度演化方法对其进行了研究.首先,建立了装配式箱涵构件的功能函数,推导出功能函数的广义概率密度演化方程,并采用有限差分法进行求解;其次,对求解得到的概率密度函数进行积分,得到构件的失效概率,进而获得相应的可靠指标;最后,与蒙特卡罗法进行对比,分析概率密度演化方法的适用性.研究表明:概率密度演化方法在装配式箱涵构件可靠度的求解过程中,从物理系统与随机系统联系的角度出发,更加充分地考虑了构件参数的随机性和样本点之间的概率联系.该方法与蒙特卡罗法相比可以有效避免随机收敛性,在保证结果唯一的前提下,提高了计算精度和效率.     

单层球面网壳结构随机地震响应与可靠度分析

为评价单层球面网壳结构抗震性能,需充分考虑地震激励的随机性以及非平稳性.结合概率密度演化方法,可得到单层球面网壳结构动力响应的概率信息及可靠度.首先,采用谱表示-随机函数方法,生成符合不同设防要求的全非平稳地震动,其平均反应谱与规范反应谱拟合效果理想,通过概率密度演化方法考察了单层球面网壳结构最大位移的概率密度演化全过程;进一步地,分别从宏观和微观层次上选取2个失效评价指标,通过引入等效极值分布思想,可获得单层球面网壳结构抗震可靠度分析所关心的动力响应极值分布;最后通过参数分析,评价了不同参数对单层球面网壳结构抗震可靠度的影响.与传统方法相比,本文方法从随机性的角度评价网壳结构的抗震性能更加合理,并且兼顾了效率和精度.     

体外预应力混凝土风力发电塔地震易损性分析

以体外预应力混凝土风力发电塔为研究对象,采用纤维梁柱单元,建立了非线性有限元分析模型.基于pushover分析结果定义了4个损伤状态限值.选取20条真实的地震动记录进行增量动力分析,分别以水平位移角和地面加速度峰值作为结构地震需求参数和地震动强度参数,基于对数正态分布假设回归分析建立了概率地震需求模型.形成了体外预应力混凝土风力发电塔的易损性曲线,并对发电塔地震易损性进行评估.结果表明:体外预应力混凝土风力发电塔可满足7度设防区抗震设防要求,而在8度罕遇地震下有一定概率发生严重或完全损伤.     

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.     

人工主余震型地震动作用下框架结构可靠度

着眼于地震动在幅值、持时、频谱方面的工程特性,利用主震与余震之间峰值加速度、强震持时、场地卓越频率的关系,构造主余震型地震动过程的演变功率谱模型。随后,运用谱表示-降维方法,实现仅用3个基本随机变量便可在概率层面精细地模拟主余震型地震动过程。进一步地,根据概率密度演化理论和基于首次超越破坏的极值可靠度理论,在概率密度层面上对办公楼框架结构进行精细化的动力响应分析和可靠度评价。算例表明,降维方法可应用数论选点方法,生成可满足工程精度要求的较少代表性样本集,且集合概率信息完备。进而可与概率密度演化理论结合,获得阈值下丰富的概率信息。研究为框架结构的主余震型地震反应和抗震可靠度分析提供了新的途径。     

输电塔线体系多因素风致动力响应分析

目的研究塔线耦联效应、几何非线性和线路初始张力对塔线体系动力响应的影响,并揭示各因素作用下塔线体系动力效应演化机制.方法运用ANSYS软件建立精细化仿真模型,对比简化模型和三塔四线模型在风荷载作用下的动力响应;对不同呼高的铁塔进行静力pushover分析,研究几何非线性对铁塔抗风承载力的影响以及线路初始张力的变化对塔线体系动力响应的影响.结果塔线耦联效应对塔顶位移和杆件应力的均值响应影响很小,对其均方根影响很大;当铁塔高度大于40 m时,是否考虑几何非线性所得结果相差达到25%以上.结论简化模型只能反应输电塔位移和应力的均值响应,利用塔线耦联模型才能得到真实的动力响应;几何非线性对铁塔抗风承载力的影响随塔身高度的增加而增大;导地线初始张力的变化对其动力响应影响很小,可忽略不计.     

基于概率密度演化的风机基础疲劳可靠度计算

风机底部基础在风荷载作用下会产生疲劳破坏.为了研究风荷载作用下风机的疲劳可靠性,将随机脉动风荷载进行正交展开,用数论选点法和概率密度演化方法将展开的风荷载模型用于风机塔身的疲劳可靠度计算.采用推力系数法计算风荷载作用下风机基础较危险部位的应力时程,然后用雨流计数法统计该点的疲劳损伤,将其代入概率密度演化方程并通过差分计算可求得疲劳损伤的概率密度函数.通过累计疲劳损伤小于1的概率可求得危险部位的疲劳可靠度,也就是整个基础的疲劳可靠度.以一3 MW风机作为算例验证了本文方法的有效性,应用概率密度演化方法,可以精确地给出基础在风荷载作用下的疲劳可靠度,本文成果对于近似工况的风机基础疲劳可靠度的计算具有借鉴意义.     

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.     

传递矩阵法在风力机塔架动力学分析中的应用

根据风力机圆筒型塔架和基础的结构特点,将塔筒简化为无质量梁单元和集中质量单元的组合,并将塔架基础简化为平动弹簧阻尼系统和扭簧扭阻系统的组合。使用传递矩阵法构建了风力机塔架及其基础的动力学分析模型。对某滩涂型风力机塔架进行了自振频率及振型分析,分析结果同测试结果和有线元结果基本相同。传递矩阵法相对于模态分析法和有限元法具有建模容易,计算速度快等优点,非常适合风力机塔架的结构动力学分析。     

含风电的电力系统动态频率分析

研究了风电接入某实际电力系统对系统动态频率产生的影响。通过建立直驱式永磁同步风电机组动态模型和含风电的实际电力系统模型,对含风电的电力系统动态频率进行了仿真分析。研究了风速扰动对系统动态频率的影响、风电渗透率上升对系统频率调节能力的影响以及风机脱网故障对系统动态频率的影响。在风机增加了基于虚拟惯性的频率控制系统,研究了具有调频系统的风电机组对系统动态频率的影响。研究结果表明大规模风电场的风速扰动将导致系统频率出现显著波动;随着系统风电渗透率的增加,系统的调频能力将明显下降;风电场在故障下的风机脱网事故将对系统动态频率造成严重影响。增加频率控制系统使风电机组具备了一定的调频能力,有效地抑制了扰动情况下的系统频率波动。     

基于柔性传动链的风力机功率控制

针对风力机变桨系统特性,研究功率控制策略。首先分析风力机能量转换理论,确定影响功率输出的重要因素;再建立变桨系统闭环传递函数模型;以低速轴和高速轴为纽带,考虑柔性,建立柔性传动链系统模型。由于作用在风轮上的风速难于准确实时测量,以最小二乘支持向量机方法对风速进行预测,然后采用变论域模糊方法实现变桨过程中的功率控制,提高系统的自适应能力。仿真验证了所提方法的适用性和有效性。     

采用模糊规则的风机超速区 变参数综合惯性控制方法

对风机参与电力系统调频的控制策略进行研究,提出一种基于模糊规则的风机超速区变参数综合惯性控制方法.首先,分析风机传统综合惯性控制方法,针对电网频率的二次跌落问题,对风机超速状态下的惯性响应特性进行研究,使风机具有更好的转速恢复能力;然后,针对风机实际运行状态与惯性控制系统参数间的动态匹配问题,以频率差值和频率变化率为考量标准,制定模糊规则,实现风机惯性控制更优的动态响应,并进一步减小电网频率的二次跌落.仿真实验表明:文中方法具有可行性和有效性.     

预应力混凝土-钢组合风电塔架塔段优化研究

以某2 MW传统钢筒结构风电塔架为对象,采用预应力混凝土-钢组合塔架结构取代原钢筒结构,并对组合塔架结构的两塔段进行优化.以造价为目标函数,在塔架几何外形不变的情况下,考虑预应力混凝土与钢塔段的强度、刚度、稳定性、疲劳以及自振频率、顶部最大位移等约束条件,借助改进的粒子群优化算法,对预应力混凝土和钢塔段的高度及其截面尺寸进行优化.结果表明,采用粒子群算法对预应力混凝土-钢组合塔架两个塔段进行优化后,在满足各项约束条件的前提下,组合塔架结构形式的造价比传统钢塔架造价降低约27%.     

基于异步电动机的风力机风轮动态模拟方法

为提高风力发电机系统的控制性能，设计了一套风力机风轮的动态模拟装置，该装置具有与实际风力机风轮相同的机械特性，可用于设计、评价和测试实际的风力发电系统．假设负载在单位采样时间内恒定，模拟控制器根据电机反馈速度估算出每个采样时刻的负载值，由风力机风轮的特性计算出实际风轮的输出加速度，再与计算出的风轮加速度相比较，算出异步电动机的电磁转矩指令，采用直接转矩控制策略控制变频器，以调节异步电动机的电磁转矩．仿真结果表明，用该方法估算的负载值与实际负载相差很小，模拟系统的机械动态特性与实际风力机风轮的基本一致．     

采用动态劣化度的风电机组运行状态实时评估

为满足大数据环境下风电机组状态评估的实时性要求,提出一种基于动态劣化度的实时状态评估方法.首先,建立动态劣化度计算模型;然后,引入正态云模型取代传统隶属函数,将正态云模型与模糊综合评价法相结合,形成风电机组运行状态实时评估方法;最后,基于辽宁某风电机组的SCADA数据,利用所述方法对其进行状态评估.实验结果表明:该方法能够准确把握机组的实时运行状态,并对其早期缺陷及时预警,有助于防范机组严重故障的发生.