基于ANSYS的主塔施工阶段静风受力分析

帆型桥体造型优美,倒映在水中的桥影恰似一艘帆船,给人以简约大方,迎风前行的感觉。某斜拉桥在横向桥采用单柱式塔型,纵桥向采用了帆型桥塔,主塔迎风面积较大,风对帆型结构产生的侧向推力也较大,有必要对桥塔施工过程进行抗风分析。为验算某斜拉主塔施工过程中,桥塔抗风是否符合安全要求,本文利用有限元程序ANSYS对其中三个工况进行分析计算。在模型中设置横撑和拉杆,对比有无横撑和拉杆对桥塔的影响,为工程施工提供参考依据。验算不均匀风速对帆型桥塔的影响,为结构设计提供参考依据。     

基于频率控制的多约束风电塔优化方法

提出了基于频率控制的多约束单管型风电塔优化方法.塔架简化成悬臂梁结构,其横截面参数作为设计变量,以最小化材料体积为目标函数,按照将塔架设计成刚-刚或刚-柔或柔-柔不同类型的要求设定塔架的固有频率约束,采用专业软件Bladed计算风荷载,按照风电塔规范考虑强度、稳定性和疲劳等约束,这使得优化结构更符合实际设计.考虑到采用Bladed荷载计算工作量很大,整个优化过程分为几个阶段,在每个阶段的开始,以前一个阶段的优化设计作为初始设计,并重新计算结构荷载,在该阶段内于固定荷载下用移动渐近线法(MMA)求解优化问题改进设计,所需的固有频率、强度及疲劳约束灵敏度采用解析法获得.对一现有塔架进行优化以说明方法的有效性.根据塔架固有频率和风机工作转速之间的关系,发展了高风电塔的分类.在此基础上,结合提出的优化方法,可以帮助设计者判定在指定高度和机型下哪种类型塔架更合适,为塔架概念设计提供有价值的参考.     

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。     

滑坡区输电塔线体系抗变形能力及动力响应分析

滑坡区输电线路由于风荷载作用产生的附加内力,承受地表变形能力大幅降低,极易发生断线、倒塔等事故,因此对输电塔线体系在风荷载和地表变形作用下进行安全性研究具有重要意义。以滑坡区某220 kV输电线路为研究对象,建立两塔三线体系有限元模型,并通过Kaimal谱和线性滤波法建立风荷载模型,对输电塔线体系在无风工况下的抗变形能力和设计风速工况下的动力响应进行分析。结果表明,在无风工况下,塔腿的沉降变形对输电塔线体系的影响最严重,铁塔发生屈服的杆件主要位于塔脚点、第一横隔材与斜材连接点以及第一横隔材与主材连接点;在设计风速条件下,塔线体系大部分工况仅能承受正常无风工况下的塔腿变形的60%～80%,垂直于线路方向的双腿沉降工况抗变形能力下降得最严重,仅能承受正常工况的30%,同时,塔线体系导、地线的应力以及塔头的位移均会在动力响应达到峰值时超限,从而导致塔线结构失效。     

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%.     

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。     

钢塔对间冷散热器换热性能的影响

利用计算传热学软件Fluent,在自然通风状态下,对国内首个2×660 MW机组钢结构外覆铝板冷却塔间接空冷散热器的流动和换热性能进行数值模拟、分析和研究.考核工况下,水平加强环对散热器换热量和钢塔通风量的影响约占设计值的2.7%;铝板换热量约占机组排热量的0.6%;随着环境风速的增大,钢塔抽力逐渐降低;当环境风速高于10m/s时,出现塔内热空气流出冷却柱的现象;当环境风速高于20m/s时,塔内出现"穿堂风",间冷散热器的换热量和钢塔通风量明显增加;当环境风速低于12m/s时,随着环境风速的增大,间冷散热器的换热量和钢塔通风量逐渐降低;当环境风速高于12m/s时,随着环境风速增加,间冷换热量和钢塔通风量呈增大趋势.     

桥梁施工临时结构体系可靠性评估方法

建立一种基于体系可靠度分析的临时结构状态评估方法.采用有限元分析和串并联模型相结合的方法判定临时结构的失效模式;对施工中临时结构的抗力、荷载、人因差错等取值进行探讨,提出了适用于临时结构的荷载、抗力和人因差错等可靠度模型;考虑风载和人因差错等对临时结构体系可靠度的影响,分别在构件和体系两个层面上对临时结构进行可靠性评估.最后采用体系可靠度方法对一三角挂篮的可靠性进行分析.结果表明:采用体系可靠度的方法对临时结构进行性能评估,不仅能够较好地解决当前设计中抗力和荷载不确定性问题,还能够保证结构具有一致的可靠度.     

特大型冷却塔单塔内表面风荷载三维效应及其设计取值

通过刚性模型测压风洞试验获得某核电站220m高特大型冷却塔的内表面风荷载,分析冷却塔内表面风荷载的三维效应,采用有限元计算方法对内压设计取值简化进行探讨,并对结果产生的原因进行分析.结果表明,冷却塔内表面风压并非完全沿环向、高度均匀分布,这种不均匀性以风筒施工期间的空塔尤为严重;尽管内压的大小及分布特征会对响应产生一定的影响,但由于冷却塔的风致响应中以外压占主导地位,内压对响应的贡献较小,将具有"三维效应"的内压简化为沿高度、环向不变的常数进行设计可满足安全性要求,大小可取为-0.50.研究结果可为200m级特大型冷却塔设计内压取值和相关规范修订提供参考与依据.     

考虑流固耦合的变截面圆柱壳钢塔风振分析

为了明确变截面圆柱壳钢塔的风振响应规律,基于流固耦合理论建立有限元计算模型,采用自回归模型(autoregressive model, AR)法对不同重现期基本风压对应的脉动风速进行了模拟,成功利用数值风洞方法计算了变截面圆柱壳钢塔在脉动风作用下的动力响应,并通过现场风振监测对数值结果的可靠性进行了验证。结果表明：在脉动风作用下,位移响应幅值沿着高度方向逐渐增大,风速越大,结构的位移响应越大,其中50年与100年重现期风速作用下结构响应差别较小,总体上没有超过结构的位移限值。应力沿高度方向逐渐减小,且在变截面位置存在应力突变的现象。风速越大,应力越大,沿着高度方向应力的差别越来越小,其中50年与100年重现期风速作用下超过脱硫塔在工作温度下的材料许用应力值(113 MPa)。因此,对于该类钢塔的抗风性能评估,底部和变截面处以应力控制为主,顶部以位移控制为主。     

柔性石墨接地体在山区杆塔接地网中的应用

为解决山区杆塔设计存在地形复杂、土壤电阻率高等问题,提出了一种石墨膨润土和柔性石墨接地体在山区杆塔建设中配合使用的方法;并用数值仿真软件CDEGS对典型山区地形接地电阻仿真计算,针对不同地形地貌并结合柔性石墨接地体的优势提出一套优化设计和改造方案。工程实际应用表明,在山区特殊地形采用独特的杆塔接地网型式;并用石墨膨润土改善接地体周围土壤环境,能有效控制杆塔接地电阻在规程要求内,具有较高的应用价值和推广价值。     

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。     

大型风电机组组合式塔架结构优化设计

为解决传统单管风力发电塔架在大型风电机组应用中加工、制作、安装和运输成本大幅上升的问题,提出一种新型组合式塔架结构,并对其进行结构优化设计.该塔架上部为传统单管式塔架,下部为四角钢十字形组合截面塔柱的格构式塔架.通过对四角钢十字形组合截面的轴压极限承载力进行分析,得到组合截面的稳定系数曲线.基于粒子群算法,综合考虑应力、频率和长细比约束等因素,对下部格构式塔架的形状和杆件截面进行优化.分析结果表明,组合式塔架结构可以解决传统单管式风力发电塔架的运输问题,且用钢量节省约34%.     

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.     

基于TSV软件的大型低速风洞8 m×6 m试验段结构有限元分析

大型低速风洞8 m×6 m试验段能够减少模型尺度效应,更好地模拟被测试模型的细节,在航空、航天等领域有着广泛的应用需求.风洞尺寸越大,对风洞结构的安全性、可靠性和建造成本的要求就越高,因此,在设计阶段就必须对风洞试验段进行整体结构强度、刚度分析以校核其运营的安全性.以有限元模拟仿真分析软件TSV-Solutions对8 m×6 m试验段进行结构强度分析和模态分析,根据结果提出优化改进风洞试验段的结构,并对优化后的结果进行分析,优化后的大型低速风洞8 m×6 m试验段整体结构的强度和刚度在各种载荷工况下都能满足工程要求,计算模态结果与原设计方案一致,验证了本分析模型的合理性和可靠性.     

索塔周日变形特性研究及其应用

根据南京长江第二大桥195.41m高的斜拉桥索塔柱的实测变形值,研究了温度、日照和风速等因素作用对塔柱变形的量值。利用GPS定位系统动态监测塔柱在风荷作用下的振动特性。对大桥钢箱梁的定位和安装起到一定的指导意义。     

风电机组塔筒结构绕流风场的数值模拟研究

为研究风电机组塔筒结构的气动力特性,基于ANSYS软件,建立了塔筒结构的简化模型并对其进行绕流风场的数值模拟分析,主要探讨了塔筒结构表面风压分布特征,风场风速、湍流度及不同高度比对塔筒表面风压分布的影响.结果显示,圆锥塔筒结构背风面在绕流作用下沿高度方向由上向下形成连续几个回流区,导致背风面受到正压作用;不同风速只有对塔筒背风表面压力大小有较之明显影响,而对塔筒迎风面及侧风面压力大小影响很小;湍流强度对模型表面风压系数大小有不同程度的影响,随着湍流强度的增加,模型侧面(大部区域)、背风表面的压力绝对值相应减小;不同高度比对模型表面风压分布有显著影响.研究结论可为风力发电机塔筒结构的设计提供参考.     

福州秀宅收费站斜塔工程设计分析

福泉高速公路福州秀宅收费站是由一座高４４６８ｍ,水平倾斜角６８°的钢筋混凝土斜塔和由高强钢索张拉跨径１２６３ｍ圆弧拱式钢管桁架组成的结构体系．本文就收费站基础设计、斜塔结构型式、斜塔及斜拉钢索内力计算等进行了分析研究,讨论了斜塔施工恒载不平衡推力问题,保证收费站结构在施工与使用中的受力要求．     

高压输电塔线体系风致非线性振动气弹模型风洞试验

基于边界层风洞气弹模型试验的方法,对高压输电塔线耦联体系的风振响应进行了试验研究,首次在风洞中重现了输电塔线体系倒塔破坏现象.研究表明:在紊流风场中,高压输电塔线体系的风致振动呈现较强的非线性振动特征,随风速增加,非线性振动程度加剧,且输电塔结构振动呈现出混沌振动特征;由于输电线与绝缘子振动的影响,塔线体系中输电塔高阶模态的振动非常显著,且随风速增加,高阶模态的能量甚至强于低阶模态的能量;导地线与绝缘子对输电塔结构的影响随风速增加而增强.塔线体系的风振响应计算需考虑高阶模态的影响.结构设计时,需合理考虑大风时导地线与绝缘子的非线性振动对输电塔的影响.