脉动风作用下塔架结构的风振响应分析

 简述了应用线性滤波法中的自回归模型(AR)模拟出给定风速功率谱的风速时程序列,并验证其与目标谱(Davenport谱)的一致性,再通过规范公式推导脉动风载与风速之间的关系,从而得到作用在各节点的脉动风荷载时程样本。以某42m高的通信塔架为原型进行了模拟计算分析,用有限元分析软件ANSYS建立其有限元模型,并用Matlab获取了塔架迎风面各节点上的风荷载时程信号作为动力输入。利用ANSYS对结构进行了模态分析,结果显示结构的前几阶振动均是平面振动,第3阶振动开始出现扭转模态和局部振动模态;同时,基于ANSYS时程分析方法计算了结构在脉动风载作用下的风振响应。结果表明,在仅考虑脉动风作用的情况下,本塔架结构顶部的水平位移低于规范规定的位移限值,但塔架截面变化拐点处的弦杆在风载作用过程中会产生较大应力,在塔架设计中予以注意。     

空间塔架静力分析(一 )——空间塔架的侧向位移计算

本文讨论了各类平行弦塔架和截角银塔架在侧向载荷作用下侧向位移的计算,给出了新的计算公式与图表,并由塔架模型的试验与有限元分析证明理论分析是正确的。     

复合式塔架吊装系统的研究

本文以羊角乌江大桥的吊装系统为例,利用迈达斯对复合式塔架的吊装系统和普通吊装系统进行建模,计算当跑车位于三个不同位置时,两种吊装系统塔架位移、塔架的应力、塔架的稳定性和塔脚的反力。通过对计算结果的分析比较,复合式塔架吊装系统是较为经济、安全的施工方案。     

空间塔架静力分析(二)——空间塔架的扭转计算

本文讨论了各类平行弦塔架与截角锥塔架在扭矩作用下应力与位移的计算,给出了新的计算公式,其形式与薄壁杆件的受扭计算公式相似.并由模型的试验与有限元分析证明公式是正确的.     

风力发电机耦合转子/机舱/塔架的气弹响应

发展了一种理论方法的计算程序 ,研究耦合转子 /机舱 /塔架系统气弹响应问题。利用以 Hamilton原理为基础的有限元法 ,应用 5节点 18自由度和 2节点 12自由度的梁单元模型分别离散桨叶和塔架。机舱简化为刚体 ,具有刚体一般运动。风模型为 2维拟定常风。采用子空间迭代法求解桨叶、机舱和塔架动力学方程。其中 ,桨叶非线性动力学方程具有周期时变系数 ,求解采用拟线性法。计算结果表明 :工作转速下风机能够安全、稳定运转。转子转速远远高于工作转速时 ,系统发生共振失稳     

新疆高耸塔架建筑的抖振研究

以某大型输电塔架为工程实例,采用数值风洞试验与有限元计算相结合的方法,以新疆阿拉山口大风区不同高度处的风速时程作为荷载,研究了高耸输电塔架的抖振响应.输电塔的平均三分力系数在导线平面方向上明显大于垂直于导线平面方向,但其扭矩的作用较小.输电塔架下部风振作用的脉动特性强于上部,其各节点对附近其他节点的风振特性的影响程度与节点之间的距离密切相关,距离越近,干扰越强,反之则越弱.输电塔架的柔性越大,脉动风的作用就越显著,必须进行风致振动的分析.     

极坐标系下弹性问题的重心插值配点法

针对岩土工程中的孔洞及曲梁问题,提出一种在极坐标系下求解二维弹性问题的重心插值配点法.该方法分别在r和θ方向分别布置m和n个节点,生成求解区域上的节点.以一维重心Lagrange插值的张量积插值形式近似二维弹性问题的位移函数,代入位移表达的平衡方程和边界条件,平衡方程和边界条件分别在所有的计算节点和边界节点上精确成立,得到极坐标下弹性力学平衡方程和边界条件的离散代数表达式.利用一维重心Lagrange插值微分矩阵,将离散的平衡方程和边界条件表达为矩阵形式.利用置换法施加边界条件,求得在计算节点处的位移,进而通过微分矩阵直接求得计算节点处的应力.数值算例表明:极坐标下重心插值配点法具有计算格式简单、程序实施容易和计算精度高的特点.     

固支塔架缆风设计计算

为了寻求大跨度、吊重大的缆吊桥梁施工中的塔架缆风结构的合理设计,根据索的特性,讨论塔架缆风的共同工作机理,以固支塔架缆风为例,采用变形协调原理,在规范要求的控制位移条件下,侧向荷载作用时,塔架缆风结构的缆风设计数量及安装张力.     

典型塔式起重机塔架结构风致动力响应与疲劳分析

将谐波叠加法与自回归法相结合,构建了新型风时程混合模拟方法,数值模拟三维风速时程,并转为风荷载时程;针对典型塔式起重机塔式结构,建立参数化力学模型.基于Newmark-β方法进行结构风致动力响应分析.基于结构关键点的应力-时间历程并引入S-N曲线法,分析塔架结构的疲劳损伤效应.研究发现,塔架结构节点的风致位移响应、速度响应和加速度响应均较稳定且风致位移响应具有周期性特征,塔臂两端部和塔顶的风致位移和疲劳损伤较大.研究成果可为此类塔架结构的抗风设计提供技术支撑.     

组合式塔架结构的地震弹塑性时程分析

基于通用有限元分析软件对某组合式塔架结构的抗震性能进行分析,主要研究了铝合金塔架底部支承在不同高度钢塔架条件下结构的模态与不同地震波作用下的结构动力响应.分析结果表明:下部钢塔架与上部铝合金塔架的材料特性与截面尺寸的变化导致整体结构自振频率会减小;同时,随着钢塔架高度的增加结构顶部最大水平位移会逐渐增大,然而位移角的最大值出现在底部钢塔架高度为20m的工况.另外,最大应力会出现在组合式塔架变截面的部位,可为此类组合式塔架结构的设计提供一定参考.     

单桩基础海上风机受船撞击损伤和动力响应分析

随着海上风机在服役期内被船舶撞击风险提高,运用LS-DYNA软件进行了5 000t船舶以2m·s-1速度撞击单桩基础海上风机的数值仿真.提出面积受损率描述海上风机单桩基础的受损程度,分析了风机塔架易损位置的位移、加速度响应及剪力.结果显示:船舶正撞风机以塑性碰撞为主;面积受损率能合理反映单桩基础在不同质量、速度、碰撞角度船舶撞击下的受损程度,其与船舶动能具有一一对应关系;风机塔架位移响应随塔架高度增加而增强,加速度响应却减弱;塔架顶部剪力最大值同底部一样均很大,所以加强塔架顶部连接同加强底部连接一样重要.     

风力发电机框架式塔架有限元分析

就风力发电机塔架静强度及固有频率的有限单元计算中，力学模型的建立方法和原理，讨论了有限单元类型的选取，并用图形和曲线显示了位移、振型，通过计算实例和实测结果，验证了塔架有限元模型的正确性。     

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%.     

某特大桥吊装扣塔系统主体结构的力学分析

文章以朔准铁路黄河特大桥为例,对该桥吊装扣塔系统塔架结构力学性能做有限元分析,用以评定桥梁的实际工作状态以及承载性能是否符合设计要求.该文针对施工工况和施工荷载设计了多种计算工况,在各计算工况下对扣塔系统整体结构进行了刚度、强度分析,给出了结构变形(位移)和应力分布计算结果,并对该结构在施工荷载作用下的强度、刚度进行了分析和判定.     

风力发电机组塔架的仿竹结构设计

针对风力发电机组塔架高耸结构稳定性问题,结合仿生结构设计理论,将竹子纤维束引入塔架结构,研究通过仿竹结构设计提高塔架稳定性的方法.以2 MW风力发电机组塔架为研究对象,采用层次分析法对竹子与塔架的相似度进行计算,验证生物选型的合理性.通过研究竹子纤维束特征与竹身稳定性的关系,设计出具有4根加劲肋的仿竹塔架.应用有限元数值分析方法对仿竹塔架和原型塔架的静态和动态效能进行分析,结果表明:仿竹塔架的塔顶位移和最大应力相较原型塔架分别降低了2.27%和13.48%,仿竹塔架前两阶固有频率相较原型塔架提升了1.31%和1.58%,仿竹塔架结构整体稳定性提升了1.4%.验证2 MW风力发电机组塔架仿竹设计的可行性可为后续塔架结构设计提供新的方法.     

脉动风作用下气象钢塔的结构风振响应研究

以脉动风作用下沿海某气象钢塔的风振响应为研究对象,采用谐波叠加法对脉动风载荷进行模拟并验证其有效性,得到作用于气象钢塔各层上的脉动风载荷时历。建立塔架结构的空间三维有限元分析模型,进行有限元仿真,采用时域方法计算钢塔的风振动力响应,为气象钢塔的前期设计和振动控制提供必要的技术参考。分析结果表明,在50年一遇风载荷作用下,该气象钢塔的最大风振位移为0.013 m,在规范要求范围内,塔架设计具有合理性。     

空间桁架大位移刚度矩阵

本文推导了高耸塔架、拉绳塔和缀条柱等空间桁架在大位移下的精确刚度矩阵.该矩阵适用于精确计算空间桁架在静载和动载下的内力和位移、整体稳定、自振周期和振型,并自动计入P—⊿效应.文中对目前习用的方法也进行了分析和比较,并通过几个算例说明本文所推荐的方法具有较高的精确度.     

考虑叶片偏航和干扰效应大型风力机体系风振响应与稳定性分析

叶片偏航和干扰会显著改变大型风力机表面气动力分布模式,进而影响风力机体系的风振响应和稳定性能.以某5 MW大型风力机为研究对象,首先采用大涡模拟(LES)方法进行了最不利叶片位置下考虑6个偏航角(0°、5°、10°、20°、30°和45°)影响的风力机体系流场和气动力模拟,并与规范及国内外实测结果进行对比验证了大涡模拟的有效性.在此基础上,结合有限元方法系统分析了不同偏航角下风力机塔架-叶片耦合模型的动力特性、风振响应和稳定性能.结果表明:不同偏航角下塔架径向位移均值和均方差的最大值均出现在塔架环向0°和180°处,最大塔底弯矩均出现在环向20°处.0°偏航时各叶片顺风向位移响应极值均大于2.7 m,随着偏航角的增大,塔架顶部径向位移、叶片顺风向位移和叶片根部内力的均值及均方差均逐渐减小,而临界风速则呈现先减后增再减小的趋势.综合表明:0°偏航角下风力机体系气动性能和风振响应均最为不利,45°偏航角下风力机体系的稳定性能最为不利.     

柔性支承下风力机传动系统振动响应分析

针对风力机大型化发展,塔架的柔性支承特性对风力机齿轮传动系的非线性动力学问题,利用一维弹性连续体振动理论模拟塔架的振动响应,建立振动位移对时间和空间的动力学方式,求解得到大型风力机塔架在随机变载荷下的振动位移响应,全面综合考虑了齿面摩擦、齿轮时变啮合刚度及齿形综合误差等因素的影响,分析传递到齿轮箱系统动力学特性。分析结果表明塔架弹性支承对各齿轮系统各个方向的振动响应均有影响,其中各零件的轴向振动影响最大,振幅均值比刚性支承下的均值高19.5%~25.8%,这表明塔架的柔性支承对系统动力学分析及可靠性设计具有一定影响,为风力机齿轮箱的稳健性和结构优化设计奠定了基础。     

抗强风的索塔型风机可行性研究

为提高台风多发地区风电结构的安全性和经济性,提出预应力拉索与塔架结合的索塔型风机结构.基于非线性振动理论推导了索塔结构的动力平衡方程;采用预应力悬链线单元、实体单元和壳单元,建立某风电场65m高塔架型风机和索塔型风机的有限元模型;计算了2种风机结构的自振特性及其在50年一遇极端工作阵风作用下的动力响应.结果表明:索塔型风机前2阶自振频率约比塔架型风机高11.3%,3至10阶自振频率无明显差异;除最不利单桩轴力最大值外,索塔型风机轮毂处的水平大位移区、塔架底面迎风点等效应力最大值及高应力区、迎风面最不利单桩轴力变化幅值等指标均明显小于塔架型风机.总体而言,强风条件下索塔型风机的受力性能优于现有塔架型风机.