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基于多失效模式的海上浮式风电机组结构可靠性研究

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太阳能学报 2022年第9期43卷 236-241页

作者：石嫄嫄和庆冬吴衍剑杜君峰张敏中国海洋大学山东省海洋工程重点实验室青岛266100 国家电投集团江苏海上风力发电有限公司盐城224000 中国电建集团福建省电力勘测设计院有限公司福州350003

为准确评估浮式海上风电机组结构服役安全性,提出一种基于多失效模式的可靠性评估方法。以美国国家可再生能源实验室(NREL)研制的5 MW浮式风力发电机组OC3 Hywind为目标模型,根据不同海况下浮式风电机组结构耦合动力响应分析结果,分析... 详细信息

为准确评估浮式海上风电机组结构服役安全性,提出一种基于多失效模式的可靠性评估方法。以美国国家可再生能源实验室(NREL)研制的5 MW浮式风力发电机组OC3 Hywind为目标模型,根据不同海况下浮式风电机组结构耦合动力响应分析结果,分析关键结构的不同失效模式,最后基于多失效模式的可靠性评估方法计算整体系统可靠性。结果表明,考虑串联系统,基于多失效模式可靠性分析方法得到的海上浮式风电机组结构整体的失效概率远高于单一模式失效概率,采用此方式评估结构可靠度更加安全准确。

关键词：海上风电风电机组可靠性分析失效模式疲劳损伤极限强度

单桩式海上风电塔筒结构振动能量分布特征研究

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制造业自动化 2022年第7期44卷 169-173页

作者：和庆冬刘强金波国家电投集团江苏海上风力发电有限公司盐城224399 浙江华东测绘与工程安全技术有限公司杭州310014 中国海洋大学工程学院青岛266110

塔筒结构在服役过程中承受着风、浪和风机运行等复杂多变荷载,是单桩式海上风电结构健康监测的主要对象,其振动变化规律和能量分布特征对整体结构安全至关重要。基于OpenFAST数值模拟结果和现场测试得到的振动监测数据,考虑坐标变换和... 详细信息

塔筒结构在服役过程中承受着风、浪和风机运行等复杂多变荷载,是单桩式海上风电结构健康监测的主要对象,其振动变化规律和能量分布特征对整体结构安全至关重要。基于OpenFAST数值模拟结果和现场测试得到的振动监测数据,考虑坐标变换和湍流风场,对不同环境荷载和风机运行状态下的风机动力响应特性进行相关性分析,研究了数值风机和实际风机塔筒结构在典型工况下的振动变化规律和能量分布特征,并结合时频特性对该现象进行解释。结果表明,单桩式海上风电塔筒结构振动变化规律和能量分布特征受环境荷载变化的影响;频谱特性中二阶模态能量显著时,会导致塔筒中部位置处振动能量较大,文中研究结论可为单桩式海上风机塔筒结构的设计与运维提供技术参考。

关键词：海上风电单桩基础振动监测实测数据能量分布

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东海某风场4MW风机塔筒结构疲劳特性

科学技术与工程 2022年第26期22卷 11542-11549页

作者：和庆冬杨逢杰余泉苏凯国家电投集团江苏海上风力发电有限公司盐城224005 武汉大学水资源与水电工程科学国家重点实验室武汉430072 浙江华东工程咨询有限公司杭州310014

海上风机塔筒长期受到风荷载等外部动力荷载作用,其应力响应相当不规则,容易发生疲劳破坏。由于每个风速工况出现的概率不同,而且塔筒在各工况下的响应也存在差异,因此有必要划分风速工况来编制疲劳应力谱。以东海某海上风电项目为例,... 详细信息

海上风机塔筒长期受到风荷载等外部动力荷载作用,其应力响应相当不规则,容易发生疲劳破坏。由于每个风速工况出现的概率不同,而且塔筒在各工况下的响应也存在差异,因此有必要划分风速工况来编制疲劳应力谱。以东海某海上风电项目为例,建立塔筒结构三维精细化有限元模型,结合风速威布尔分布模型、雨流计数法和线性疲劳累积损伤法则,采用名义应力法计算塔筒的疲劳寿命,并与简化塔筒模型的计算结果进行对比分析,以期为风力机结构疲劳研究提供思路和参考。计算结果表明:通过划分风速工况来编制疲劳应力谱的方法是可行的;塔筒结构容易发生疲劳破坏的部位在塔筒中下部筒节之间的连接处及附近;在分析塔筒疲劳特性时采用壁厚随高度均匀变化的简化塔筒模型与精细化模型结果相差较大,会带来较大误差,因此建议建立精细化模型以合理预估风机塔筒疲劳寿命。

关键词：海上风机塔筒疲劳寿命风速工况雨流计数法威布尔分布有限元分析

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磁极组合式永磁丝杠的结构分析与优化

机械强度 2024年第2期46卷 355-363页

作者：宋晓庆张永鑫张佳琛张晓冬郑州商学院信息与机电工程学院巩义451200

为改善永磁丝杠复杂的螺旋形磁极加工制造难度,对螺旋磁极结构进行改进替代。应用有限元法(Finite Element Method,FEM)对推力和转矩静特性进行仿真,证明丝杠磁极为斜环、螺母磁极为螺旋结构和丝杠磁极为螺旋结构、螺母磁极为斜环的两... 详细信息

为改善永磁丝杠复杂的螺旋形磁极加工制造难度,对螺旋磁极结构进行改进替代。应用有限元法(Finite Element Method,FEM)对推力和转矩静特性进行仿真,证明丝杠磁极为斜环、螺母磁极为螺旋结构和丝杠磁极为螺旋结构、螺母磁极为斜环的两种永磁丝杠结构能够实现平稳传动。由于结构中仍部分存在螺旋结构,故进行实用化改进。方案一是将直环离散的若干圆弧形磁极块阶梯式组合排列;方案二是采用半斜环磁极组合结构。结果表明,后者组合磁极块数更少,在保证运动系统平稳传动的同时,具有更大的推力和转矩。同双螺旋永磁丝杠相比,推力误差和转矩误差仅分别为3.981%和0.583%,故而为替代螺旋磁极的一种较为理想的方案。此外,提出了极距比K的概念,得出K=0.3时,单位磁极产生的电磁推力和转矩最大,磁极利用率最高。在此基础上,将半斜环磁极结构采用Halbach阵列优化,峰值推力和转矩可分别提升42.3%和36.3%,且存在最优辅配比λ=0.4。

关键词：永磁丝杠磁极半斜环 Halbach

多桩-混凝土承台式风力机支撑架振动特性分析

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振动与冲击 2019年第19期38卷 174-181页

作者：何先龙和庆冬金波郑涛中国地震局工程力学研究所哈尔滨150080 国家电投集团江苏海上风力发电有限公司江苏盐城224000 浙江华东工程安全技术有限公司杭州310000

通过对某海上风电场的两座多桩-混凝土承台式5 WM风力机塔筒的振动监测,得出了此类型风力机塔筒的振动特性。对3年的监测数据分析,得出此类型风力机塔筒有以下振动特性:风力机处于工作状态时,机舱的对风向偏航会引起塔筒频繁出现强振现... 详细信息

通过对某海上风电场的两座多桩-混凝土承台式5 WM风力机塔筒的振动监测,得出了此类型风力机塔筒的振动特性。对3年的监测数据分析,得出此类型风力机塔筒有以下振动特性:风力机处于工作状态时,机舱的对风向偏航会引起塔筒频繁出现强振现象。此类强振具有持续时间达几十秒、加速度峰值可达10 m/s 2、每个月出现几百次等特点。风力机处于停机状态时,在小风作用下,塔筒振动平稳、加速度峰值在0.1 m/s 2以下;在台风作用下,塔筒振动波动较大、加速度峰值也可达10 m/s 2,但是由于风力激励起了塔筒的第2阶及第3阶振型,导致塔筒的最大加速度出现在塔筒中部。在3年监测时间内,塔筒的前3阶固有频率值和阻尼比值未发生变化。监测结果表明:多桩-混凝土承台式风力机的塔筒在台风、机舱对风向偏航期间,都会产生强烈振动。因此,除了台风外,机舱的对风向偏航引起塔筒的强振现象过于频繁发生,也是风力机支撑架疲劳损伤的重要因素之一。本文的研究成果可为此类型风力机的塔筒设计、运营安全监测及损伤诊断提供参考。

关键词：振动监测多桩-混凝土承台式风力机台风机舱对风向偏航

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锥形光纤SERS探针的批量制备和定量检测

中国激光 2024年第5期51卷 251-259页

作者：秦琰琰黄瑞冬刘孝兵钱诚薛驷明毛庆和中国科学院合肥物质科学研究院安徽光学精密机械研究所安徽省光子器件与材料重点实验室安徽合肥230031 中国科学技术大学安徽合肥230026 安徽大学物质科学与信息技术研究院安徽合肥230039

研究了批量制备的锥形光纤表面增强拉曼散射(SERS)探针的定量检测性能。在统一的制备条件下,基于静电吸附自组装方法批量制备的同一批次锥形光纤探针具有良好的互换性。基于相同检测条件,在同一福美双样品浓度下测得SERS光谱幅度的相对... 详细信息

研究了批量制备的锥形光纤表面增强拉曼散射(SERS)探针的定量检测性能。在统一的制备条件下,基于静电吸附自组装方法批量制备的同一批次锥形光纤探针具有良好的互换性。基于相同检测条件,在同一福美双样品浓度下测得SERS光谱幅度的相对标准偏差(RSD)可达8%以下。不同批次的光纤探针存在互换性退化问题,难以满足实际定量检测应用对光纤探针数目的要求。为了解决该问题,提出并演示了一种将不同批次光纤探针的光谱数据同化至同批次光纤探针测量结果的同化方法。通过对同化后的大样本光谱数据进行统计平均和数据拟合,获得了福美双样品在2×10^(-8)~10^(-6)mol/L浓度范围内的SERS定量关系曲线,福美双加标样品的测试回收率可达90%~110%。该研究结果对于实际SERS定量检测具有参考意义。

关键词：光纤光学表面增强拉曼散射锥形光纤探针批量制备定量检测静电吸附自组装法福美双

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车联网环境下电动汽车主动充电引导模型

电力系统自动化 2024年第7期48卷 159-168页

作者：袁晓冬甘海庆王明深滕欣元阮文骏龙寰国网江苏省电力有限公司电力科学研究院江苏省南京市211103 国网江苏省电力有限公司江苏省南京市210024 东南大学电气工程学院江苏省南京市210096

为了适应电动汽车数量和充电需求的急剧增长,从电动汽车用户视角出发,提出了一种在车联网环境下基于改进A*路径规划算法与排队论的电动汽车主动充电引导模型。首先,融入红绿灯等待时间和不走回头路条件,改进A*路径规划算法,利用实际路... 详细信息

为了适应电动汽车数量和充电需求的急剧增长,从电动汽车用户视角出发,提出了一种在车联网环境下基于改进A*路径规划算法与排队论的电动汽车主动充电引导模型。首先,融入红绿灯等待时间和不走回头路条件,改进A*路径规划算法,利用实际路网状态信息更新路网时空状态矩阵,实时优化电动汽车行驶路径,获取电动汽车充电行驶时间。其次,利用深度置信网络预测充电站电动汽车短时到达量,基于排队论M/G/k模型预测电动汽车充电等待时间。最后,以最小化电动汽车充电行驶时间和充电等待时间为目标,搭建电动汽车主动充电引导模型。以中国南京市中心区域为算例,验证了所提主动充电引导模型的有效性,所提算法能够提高充电桩的利用率并减少电动汽车用户综合充电时间。

关键词：车联网电动汽车主动充电引导排队论路径规划

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海上风电工程安全管理创新研究

电力设备管理 2022年第17期 212-214页

作者：葛中原和庆冬张成单程程如东和风海上风力发电有限公司

将可视化管理系统、海上人员船舶管理系统、智能监控系统、安全培训系统、实时处理系统、数据分析系统、准入系统整合成一体化海上风电工程安全管理支持系统,实现海上风电工程安全管理创新。

关键词：海上风电安全管理系统构建

胶东地区玲珑双向变质核杂岩的均衡隆升:运动学涡度的指示

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地质学报 2024年第1期98卷 31-49页

作者：吴晓冬朱光合肥工业大学资源与环境工程学院安徽合肥230009 湖南科技大学地球科学与空间信息工程学院湖南湘潭411201

在胶东半岛西北部,围绕着玲珑岩基所发育的早白垩世伸展构造,属于独特的双向变质核杂岩。这一变质核杂岩的东、西边界上,分别发育了倾斜相背的招平与焦家伸展拆离剪切带。双向变质核杂岩的剥露是否也有均衡隆升的贡献,一直没有明确的认... 详细信息

在胶东半岛西北部,围绕着玲珑岩基所发育的早白垩世伸展构造,属于独特的双向变质核杂岩。这一变质核杂岩的东、西边界上,分别发育了倾斜相背的招平与焦家伸展拆离剪切带。双向变质核杂岩的剥露是否也有均衡隆升的贡献,一直没有明确的认识。本次工作以采自这两条边界拆离剪切带不同部位的糜棱岩样品为分析对象,分别应用刚性残斑长短轴比值法(具体又分别使用了Wallis投图法和刚性颗粒网格法)和石英c轴组构与主应变比值法对同一样品进行了运动学涡度测量。对于招平拆离剪切带,应用刚性残斑长短轴比值法获得的涡度值为0.57~0.73,而应用石英c轴组构与主应变比值法获得的涡度值为0.80~0.93。对于焦家剪切带,应用刚性残斑长短轴比值法获得的涡度值为0.58~0.74,而应用石英c轴组构与主应变比值法获得的涡度值为0.79~0.93。对于剪切带的同一样品,这两种测量方法给出的结果明显不同。应用刚性残斑长短轴比值法数据所获得这两条剪切带的减薄率,也明显高于应用石英c轴组构与主应变比值法数据的计算结果。理论分析与实例表明,刚性残斑长短轴比值法所获得的涡度值代表了剪切带的早期变形,而石英c轴组构与主应变比值法所得结果指示了晚期变形。由此表明,玲珑双向变质核杂岩边界拆离剪切带演化中,伴随着纯剪组分的明显降低,指示了剪切带产状的变陡,为均衡隆升的结果。均衡隆升发生在核杂岩演化的晚阶段,是早白垩世郭家岭期同构造花岗闪长岩侵位的响应。本文结果指示,双向与不对称变质核杂岩具有相似的演化规律,都经历过晚阶段均衡隆升,对中—下地壳的剥露具有重要的贡献。

关键词：伸展拆离剪切带运动学涡度一般剪切均衡隆升玲珑双向变质核杂岩