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考虑RNA运行作用的近海风电结构主动质量阻尼器振动控制研究

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振动与冲击 2023年第23期42卷 183-191页

作者：白久林李晨辉王宇航重庆大学山地城镇建设与新技术教育部重点实验室重庆400045 重庆大学土木工程学院重庆400045 西北电力设计院有限公司西安710075

由于风电塔上部的风轮-机舱组件(rotor-nacelle assembly, RNA)在运行状态中的非线性控制策略,风电塔顶加速度频响特征复杂,其中风轮3倍转频激励(3P)响应最为突出。考虑一种单自由度等效风电塔模型,通过OpenFAST软件确定RNA运行作用下... 详细信息

由于风电塔上部的风轮-机舱组件(rotor-nacelle assembly, RNA)在运行状态中的非线性控制策略,风电塔顶加速度频响特征复杂,其中风轮3倍转频激励(3P)响应最为突出。考虑一种单自由度等效风电塔模型,通过OpenFAST软件确定RNA运行作用下的结构动力参数与气动荷载,开展了基于线性二次型调节(linear quadratic regulator, LQR)算法的主动质量阻尼器(active mass damper, AMD)对风电塔顶前后向加速度响应的控制研究,以被动调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)为对照考察了AMD的减振性能与控制特点。结果表明:在RNA运行作用下,AMD具有比TMD更好的控制表现,其控制作用可一定程度抑制3P频段的响应。

关键词：振动控制风电结构主动质量阻尼器风轮-机舱组件(RNA)运行作用

考虑土-结构相互作用的大型风电结构地震响应分析

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土木工程学报 2022年第S1期55卷 39-48页

作者：李万润吴王浩范科友杜永峰兰州理工大学防震减灾研究所甘肃兰州730050 兰州理工大学甘肃省土木工程减震隔震国际科技合作基地甘肃兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心甘肃兰州730050

为研究地震易发区土-结构相互作用(SSI效应)对大型风电结构地震响应的影响程度,该文以某2.5MW大型风电结构为对象,首先建立其“叶片-机舱-塔架-基础-土体”耦合的精细化整体有限元模型,并基于场地土特性设置土体参数。其次,利用PEER数... 详细信息

为研究地震易发区土-结构相互作用(SSI效应)对大型风电结构地震响应的影响程度,该文以某2.5MW大型风电结构为对象,首先建立其“叶片-机舱-塔架-基础-土体”耦合的精细化整体有限元模型,并基于场地土特性设置土体参数。其次,利用PEER数据库选取四种不同类型地震动,在考虑土体非线性特征的基础上,通过EERA程序得到实际土层底部的地震动加速度时程序列。最后,以风电结构塔顶位移、塔身应力、加速度及塔底内力响应为地震响应的分析指标。结果表明:远场地震动作用下大型风电结构动力响应较近场地震动作用下更大;考虑SSI效应会降低风电结构的自振频率,使塔顶相对位移时程出现不平稳现象,并更易激发结构高阶振型;在高频成分显著的近场非脉冲型地震动作用下,考虑SSI效应前后风电结构塔身最大应力以及塔底最大剪力与弯矩差异较大。在以后大型风电结构的设计中应更加细致地考虑SSI效应的影响,尤其是在高频地震作用下。

关键词：风电结构 SSI效应地震类型地震响应高阶振型

强震—台风耦合及强震—海啸时序作用下风电结构抗灾机理研究

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强震—台风耦合及强震—海啸时序作用下风电结构抗灾机理研究

作者：龚彦安重庆大学

学位级别：硕士

风能是一种环保的可再生能源,我国幅员辽阔,风能资源发展潜力巨大,发展风电是实现清洁能源战略的必然选择。由于海上风电能更好地利用海上风资源且受地形约束较少,我国风电产业逐渐从陆地走向风资源更丰富的沿海区域。但是我国沿海区域... 详细信息

风能是一种环保的可再生能源,我国幅员辽阔,风能资源发展潜力巨大,发展风电是实现清洁能源战略的必然选择。由于海上风电能更好地利用海上风资源且受地形约束较少,我国风电产业逐渐从陆地走向风资源更丰富的沿海区域。但是我国沿海区域地域特殊,既属于地震高发区域也是台风袭击的重地,地震还将引发次生灾害——海啸。目前国内对于风电结构的抗灾设计还不够成熟,在海上风电的服役时间内,作用于风电结构的极端灾害荷载将是一大考验。基于上述考虑,本文围绕风电结构抗震的基本问题,基于大样本地震动数据的统计分析、海上风电结构精细化建模、各类荷载的数值模拟,开展了风电结构反应谱研究和极端灾害耦合、时序作用研究三方面工作,有以下主要内容:(1)提出了考虑SSI效应的适用于风电结构抗震设计的地震反应谱。针对风电结构的低阻尼特性,从反应谱的基本理论出发,从PEER中选取大量强震记录,基于无质量集总参数S–R(Sway–Rocking)模型,采用Open Sees软件建立考虑SSI效应的单自由度体系并计算低阻尼反应谱,通过非线性最小二乘拟合为基于规范形式的新反应谱,可用于风电结构抗震的初步设计与分析。(2)建立了考虑桩土效应的海上风电结构精细化模型。参考NREL 5MW基准风机参数,建立考虑门洞效应的风电结构精细化模型,并进行模态验证,采用非线性文克勒地基梁模型,模拟桩土效应。针对各类极端灾害荷载:以台风“山竹”为例,采用Holland台风模型、谐波合成法进行模拟;基于Morison方程,计算波浪要素及波浪力;通过浅水波理论和孤立波理论,将海啸荷载进行等效施加;基于叶素–动量理论,计算气动荷载。(3)海上风电结构多灾害耦合作用下响应分析及易损性分析。分析海上风电结构在地震、台风-浪耦合、台风-浪-地震耦合作用下的塔顶、塔底、泥面处响应。对海上风电全高度的剪力、弯矩进行分析,并研究台风与地震输入方向夹角的影响。考虑地震、台风两种灾害强度,以增量动力分析为基础,基于风电结构的损伤指标,开展海上风电结构的易损性分析。(4)海上风电结构地震-海啸时序作用下响应分析及易损性分析。分析海上风电结构在大震-海啸时序作用下的塔顶、泥面处及弯矩最大处的响应,研究风荷载、气动荷载对结构响应的影响及停机措施的有效性。考虑地震、海啸两种灾害强度,在增量动力分析基础上,基于风电结构的损伤指标,对海上风电结构进行易损性分析,评价海上风电结构的“抗损伤储备”程度。

关键词：风电结构反应谱地震-台风耦合作用地震-海啸时序作用响应分析

风电结构用耐低温SM490YB特厚钢板的焊接性能研究

同方学位论文库评论

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同方学位论文库

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特钢技术 2022年第4期28卷 41-44页

作者：徐光琴张丽娜郎永胜江阴兴澄特种钢铁有限公司江阴214400

以115mm厚风电结构用耐低温SM490YB钢板为研究对象,选用Φ1.2mm的DW-A55L、双面U型坡口、80%Ar+20%CO_(2)混合气体保护、预热温度150℃、道间温度≤200℃的工艺进行焊接试验,对其焊接接头显微组织和力学性能进行试验研究。试验结果表明... 详细信息

以115mm厚风电结构用耐低温SM490YB钢板为研究对象,选用Φ1.2mm的DW-A55L、双面U型坡口、80%Ar+20%CO_(2)混合气体保护、预热温度150℃、道间温度≤200℃的工艺进行焊接试验,对其焊接接头显微组织和力学性能进行试验研究。试验结果表明:在焊接热输入量为15kJ/cm的条件下,焊接接头可获得良好的综合性能,板厚1/2位置焊接接头抗拉强度>490MPa,板厚1/2处焊缝中心、FL、FL+2、FL+5和最大通过热影响区的-50℃冲击功平均值均>100J。

关键词：风电结构低温 SM490YB 特厚钢板焊接性能

一种新型风电塔架结构用双向TMD风致响应减振控制研究

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振动与冲击 2021年第12期40卷 114-123页

作者：李万润杨州杜永峰兰州理工大学防震减灾研究所兰州730050 兰州理工大学甘肃省土木工程减震隔震国际科技合作基地兰州730050 兰州理工大学西部土木工程防灾减灾教育部工程研究中心兰州730050

为了减小风荷载作用下风电结构动力响应,提出一种双向调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)并对其减振效果展开研究。采用Davenport脉动风功率谱,模拟陆上风电场的脉动风速。建立顶部集中质量有限元模型和考虑风电结构叶片与塔筒耦合... 详细信息

为了减小风荷载作用下风电结构动力响应,提出一种双向调谐质量阻尼器(tuned mass damper,TMD)并对其减振效果展开研究。采用Davenport脉动风功率谱,模拟陆上风电场的脉动风速。建立顶部集中质量有限元模型和考虑风电结构叶片与塔筒耦合的叶片-塔筒有限元模型,计算两种模型的自振特性,并对安装双向TMD的风电结构的响应进行分析。分析结果表明:该装置具有较好减振效果;在两种不同计算模型下,风电结构塔筒顶部位移、加速度和底部弯矩计算结果及控制效果一致;在叶片-塔筒模型中,由于叶片-塔筒模型中叶素力与轮毂中存在偏心,使得叶片-塔筒模型顶部弯矩相比集中质量模型顶部弯矩较大。

关键词：风电结构减振控制风致响应叶片与塔筒耦合双向TMD

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台风作用下大型风电结构破坏模式研究

振动与冲击 2014年第14期33卷 143-148页

作者：章子华周易诸葛萍宁波大学建筑工程与环境学院浙江宁波315211

针对沿海风电场及风电结构数量快速增长、结构频遭台风破坏问题,采用不随高度变化的台风脉动风功率谱,基于线性滤波法与竖向相关性简化表达式模拟沿海某风电场台风风场模型,并通过功率谱密度函数验证其准确性。建立风电结构-桩基础耦合... 详细信息

针对沿海风电场及风电结构数量快速增长、结构频遭台风破坏问题,采用不随高度变化的台风脉动风功率谱,基于线性滤波法与竖向相关性简化表达式模拟沿海某风电场台风风场模型,并通过功率谱密度函数验证其准确性。建立风电结构-桩基础耦合有限元模型,计算风电结构在上、下限台风风速条件下动力响应时程,分析极端风况下风电主体结构可能破坏模式。结果表明,塔筒屈服区域集中在塔筒底端约4 m高度范围内,呈锥形分布。塔筒底端与基础预埋环连接处最不利。在上限台风风速条件下,塔顶水平位移超出容许值。两种风速条件下,最不利单桩轴力均未超出限值。该方法可为研究风电结构在极限风况下非线性倒塌奠定重要基础。

关键词：风电结构台风脉动风破坏模式有限元法

低温环境用特厚风电结构钢板SM490YB的研制开发

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宽厚板 2022年第6期28卷 1-5页

作者：徐光琴恽鹏程江阴兴澄特种钢铁有限公司

根据低温环境用特厚风电结构钢板SM490YB的技术要求和使用特点,通过优化成分设计和轧制工艺,研究分析冷却速度对组织和硬度以及加热温度、保温时间对组织和性能的影响,成功开发出115 mm厚、具备优异心部-50℃低温冲击性能的特厚风电结... 详细信息

根据低温环境用特厚风电结构钢板SM490YB的技术要求和使用特点,通过优化成分设计和轧制工艺,研究分析冷却速度对组织和硬度以及加热温度、保温时间对组织和性能的影响,成功开发出115 mm厚、具备优异心部-50℃低温冲击性能的特厚风电结构钢板SM490YB。检验结果表明:特厚风电结构钢板SM490YB的内部质量良好,屈服强度、抗拉强度和心部-50℃低温韧性优异,各项性能指标均满足设计要求。

关键词：风电结构低温 SM490YB 特厚钢板

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沿海地区兆瓦级风电结构地震响应分析

防灾减灾工程学报 2017年第3期37卷 362-367页

作者：章子华楼志挺诸葛萍宁波大学建筑工程与环境学院浙江宁波315211 上海大学土木工程系上海200444

风力发电结构在地震情况下易发生整体倾覆、塔筒弯折等破坏。若同时考虑风荷载作用,则结构破坏风险增加。采用APDL命令流建立某沿海风电场1.5 MW级风电结构的"叶轮-塔筒-桩基"一体化有限元模型。通过单桩刚度折减,计算不同液化情况下的... 详细信息

风力发电结构在地震情况下易发生整体倾覆、塔筒弯折等破坏。若同时考虑风荷载作用,则结构破坏风险增加。采用APDL命令流建立某沿海风电场1.5 MW级风电结构的"叶轮-塔筒-桩基"一体化有限元模型。通过单桩刚度折减,计算不同液化情况下的风电结构自振特性及结构地震响应。采用实测地震波和基于自回归法模拟获得的风速时程,计算风电结构在地震荷载单独作用以及地震荷载和风荷载共同作用两种情况下的动力响应。结果表明,随着液化程度的加深,轮毂水平位移和最不利单桩内力逐渐增大,在中等液化情况下塔筒底部应力出现最大值。考虑风荷载后,轮毂水平位移、塔底应力和最不利单桩内力均有所增加,其中背风面塔底应力和最不利单桩内力增加最为明显。

关键词：风电结构有限单元法自回归法模态分析地震响应

基于MATLAB和CAE软件的风电结构计算程序开发及安全评价

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基于MATLAB和CAE软件的风电结构计算程序开发及安全评价

作者：彭姗大连理工大学

学位级别：硕士

近年来随着能源危机和环境污染等问题愈发严重,风能作为一种无污染的清洁新能源受到越来越多的关注。无论是海上风机支撑结构的疲劳分析还是陆上风机基础安全性评价,风电结构的设计都涉及到大量的计算,并且参数繁多,很容易出错。又由于... 详细信息

近年来随着能源危机和环境污染等问题愈发严重,风能作为一种无污染的清洁新能源受到越来越多的关注。无论是海上风机支撑结构的疲劳分析还是陆上风机基础安全性评价,风电结构的设计都涉及到大量的计算,并且参数繁多,很容易出错。又由于并无准确的规范可以参照,因此本文基于MATLAB和CAE软件针对风电结构开发计算程序,分别对二者进行深入地分析研究。具体研究工作如下:(1)海上风机支撑结构所受的荷载计算。介绍了随机波浪荷载的时域和频域计算理论,基于莫里森方程在时域和频域内建立了风机基础结构波浪力的计算模型,分别通过ANSYS的二次开发和MATLAB编制水动力荷载的计算程序;确定作用在海上风机结构上的风荷载,根据动量—叶素理论使用MATLAB开发计算程序模拟脉动风速,并计算叶轮风机荷载和塔架所受风荷载。(2)基于ANSYS二次开发的荷载作用下结构时域疲劳计算程序开发。以某海上单桩式基础为研究对象,分析风机荷载和波浪荷载单独作用下的不同疲劳计算方法,计算不同工况下的疲劳损伤;编制波浪荷载作用下结构频域疲劳计算程序,计算不同工况下的疲劳损伤,与时域的计算结果对比。(3)疲劳荷载组合方法研究。假定荷载之间没有相互影响,整合损伤叠加法、等效应力法、完全时域法等多种疲劳荷载组合方法编制计算程序。以实际海上风机为例,采用计算程序计算结构疲劳损伤值。对比计算结果,分析讨论不同组合方法的优缺点以及适用性。(4)风浪耦合作用下支撑结构的时域疲劳研究。考虑荷载之间存在相互影响,基于翼型气动原理,对风机气动阻尼进行了分析,建立风机气动阻尼的计算模型,将气动阻尼加入支撑结构在风浪同时作用下的时程分析中,编制耦合作用下结构时域疲劳计算程序。计算不同工况下的结构响应和疲劳损伤,并与不考虑气动阻尼的结果对比,验证耦合作用的必要性。提出计算耦合作用的可行性方法。(5)以某工程为实例,基于ABAQUS计算分析新型梁板式基础的稳定性情况,对结构安全进行评价。验证梁板式基础对地质条件的适应性;建立锚杆基础模型,通过计算位移值探究内摩擦角和粘聚力对基础稳定性的不同影响,探讨预应力锚杆基础稳定性和地质参数的具体关系。

关键词：程序开发风电结构疲劳组合方法耦合分析安全评价