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优化递归变分模态分解及其在非线性信号处理中的应用 被引量:24
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作者 许子非 岳敏楠 李春 《物理学报》 SCIE EI CAS CSCD 北大核心 2019年第23期286-299,共14页
经验模态分解一类的递归算法所产生的模态混淆和端点效应将导致所获物理信息失真,变分模态分解可改善这些问题.但因其需预设参数,对信号分解精度影响显著,为此,提出采用目标信号功率谱峰值所对应的频率以初始化变分模态分解所需中心频率... 经验模态分解一类的递归算法所产生的模态混淆和端点效应将导致所获物理信息失真,变分模态分解可改善这些问题.但因其需预设参数,对信号分解精度影响显著,为此,提出采用目标信号功率谱峰值所对应的频率以初始化变分模态分解所需中心频率,借鉴经验模态分解递归模型,基于能量截止法将变分模态分解改进为递归模式算法,并采用粒子群优化算法对具有带宽约束能力的惩罚因子进行最优取值,构成优化递归变分模态分解.通过对比分析经验模态分解,集成经验模态分解及优化递归变分模态分解在分解信号时的计算精度;研究传统变分模态分解与优化递归变分模态分解在处理实际振动信号时计算速率.结果表明:优化递归变分模态分解在处理目标信号时精度最高,与原分量相关性达99.9%;与集成经验模态分解对比,可由低至高将信号分解至不同频段,物理意义更加清晰且不产生虚假模态;处理实际非线性信号时,优化递归变分模态分解无需预设分解模态个数,相比于传统变分模态分解,计算速率高12.5%-18.5%. 展开更多
关键词 变分模态分解 非线性 信号处理
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Dynamic Response of Offshore Wind Turbine on 3×3 Barge Array Floating Platform under Extreme Sea Conditions 被引量:5
2
作者 LIU Qing-song MIAO Wei-pao +3 位作者 yue min-nan LI Chun WANG Bo DING Qingwei 《China Ocean Engineering》 SCIE EI CSCD 2021年第2期186-200,共15页
Offshore wind farm construction is nowadays state of the art in the wind power generation technology.However,deep water areas with huge amount of wind energy require innovative floating platforms to arrange and instal... Offshore wind farm construction is nowadays state of the art in the wind power generation technology.However,deep water areas with huge amount of wind energy require innovative floating platforms to arrange and install wind turbines in order to harness wind energy and generate electricity.The conventional floating offshore wind turbine system is typically in the state of force imbalance due to the unique sway characteristics caused by the unfixed foundation and the high center of gravity of the platform.Therefore,a floating wind farm for 3×3 barge array platforms with shared mooring system is presented here to increase stability for floating platform.The NREL 5 MW wind turbine and ITI Energy barge reference model is taken as a basis for this work.Furthermore,the unsteady aerodynamic load solution model of the floating wind turbine is established considering the tip loss,hub loss and dynamic stall correction based on the blade element momentum(BEM)theory.The second development of AQWA is realized by FORTRAN programming language,and aerodynamic-hydrodynamic-Mooring coupled dynamics model is established to realize the algorithm solution of the model.Finally,the 6 degrees of freedom(DOF)dynamic response of single barge platform and barge array under extreme sea condition considering the coupling effect of wind and wave were observed and investigated in detail.The research results validate the feasibility of establishing barge array floating wind farm,and provide theoretical basis for further research on new floating wind farm. 展开更多
关键词 BARGE floating platform extreme sea conditions dynamic response STABILITY
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Influence of Soil-Structure Interaction Models on the Dynamic Responses of An Offshore Wind Turbine Under Environmental Loads
3
作者 TANG Hong-ming yue min-nan +3 位作者 YAN Yang-tian LI Zhi-hao LI Chun NIU Kai-lun 《China Ocean Engineering》 SCIE EI CSCD 2023年第2期218-231,共14页
Offshore wind turbines(OWTs) suffer wind, wave and earthquake loads. The investigation of OWTs' dynamic response under environmental loads is essential for structural safety assessment. The soil-structure interact... Offshore wind turbines(OWTs) suffer wind, wave and earthquake loads. The investigation of OWTs' dynamic response under environmental loads is essential for structural safety assessment. The soil-structure interaction(SSI)significantly affects the responses of OWT under environmental loads. However, there is few systematic research about the difference in the dynamic response of different SSI models under environmental loads. In order to solve the problem, the OWT is modeled by shell element, and several SSI models are built. The wind, wave and earthquake loads are taken into account. Moreover, the dynamic response, fatigue and buckling analysis are performed by ANSYS. The results indicate that SSI cannot be ignored in the dynamic response of the OWT under wind and wave loads. The SSI can decrease the displacement response of the OWT by 19% under wind and wave loads and reduce the fatigue damage of the pile. Multi-layer SSI can strongly influence the OWT's dynamic response under wind and wave loads or earthquake-only load. The vertical earthquake load increases the dynamic response in three directions.Besides, in order to simulate real environment, multi-layer SSI, soil damping and vertical SSI must be considered to evaluate the displacement response of the OWT under wind, wave and earthquake loads. The earthquake and gravity loads can cause more obvious response of the OWT than that of only wind and wave loads. The top and bottom of the tower are prone to occur buckling. 展开更多
关键词 OWT soil structure interaction EARTHQUAKE dynamic analysis structural damage
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基于改进变分模态分解与流形学习的滚动轴承故障诊断 被引量:8
4
作者 孙康 岳敏楠 +1 位作者 金江涛 李春 《热能动力工程》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期176-185,共10页
滚动轴承早期损伤信号特征量缺失且易被环境噪声掩盖,根据分形理论,结合灰狼优化算法(GWO)提出改进变分模态分解方法(Improved Variational Mode Decomposition,IVMD),求解各模态多种非线性特征量,并采用随机近邻嵌入理论(t-distributed... 滚动轴承早期损伤信号特征量缺失且易被环境噪声掩盖,根据分形理论,结合灰狼优化算法(GWO)提出改进变分模态分解方法(Improved Variational Mode Decomposition,IVMD),求解各模态多种非线性特征量,并采用随机近邻嵌入理论(t-distributed Stochastic Neighbor Embedding,t-SNE)进行降维分类,以实现无监督故障诊断。基于轴承损伤实验数据,验证所提方法的可靠性。结果表明:采用IVMD所获模态与多种非线性值构建的特征矩阵更具代表性,可诊断轴承微弱故障;与现有方法相比,所提方法聚类表现更清晰,分类准确率更高,且具有良好的鲁棒性。 展开更多
关键词 变分模态分解 灰狼算法 轴承 分形 随机近邻嵌入 故障诊断
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基于精确桩土模型的桁架式大型海上风力机地震动力学响应分析 被引量:8
5
作者 薛世成 岳敏楠 +1 位作者 闫阳天 李春 《热能动力工程》 CAS CSCD 北大核心 2021年第6期143-151,共9页
为更精确研究桁架式大型海上风力机在地震载荷作用下的结构动力学响应,建立桩土模型,描述土体物理性质与桩-土间的相互作用,以桁架式支撑结构的美国可再生能源实验室(NREL)5 MW海上风力机为研究对象,建立有限元模型并分析在湍流风与地... 为更精确研究桁架式大型海上风力机在地震载荷作用下的结构动力学响应,建立桩土模型,描述土体物理性质与桩-土间的相互作用,以桁架式支撑结构的美国可再生能源实验室(NREL)5 MW海上风力机为研究对象,建立有限元模型并分析在湍流风与地震联合作用下的动力学响应。结果表明:相较于湍流风,地震作用对桁架式海上风力机动力学响应的影响更加剧烈;地震导致塔顶位移显著增大;桁架结构与塔架的连接处存在Mises应力积聚,且在地震影响下其更为严重;地震对桩基的运动状态产生显著影响,位移最大值出现在桩底。 展开更多
关键词 桁架式海上风力机 动力学响应 桩土模型 地震
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大型近海风力机塔架地震动力学响应分析 被引量:6
6
作者 闫阳天 岳敏楠 +1 位作者 李春 杨阳 《热能动力工程》 CAS CSCD 北大核心 2019年第9期91-98,共8页
地震激励严重威胁风力机正常稳定运行,以丹麦科技大学(DTU)与Vestas公司联合研发的DTU 10 MW风力机为研究对象,考虑海床土壤柔性,基于有限元及p-y曲线法,研究风力机塔架在3种实测地震激励作用下的瞬态动力学响应。结果表明:强震级、长... 地震激励严重威胁风力机正常稳定运行,以丹麦科技大学(DTU)与Vestas公司联合研发的DTU 10 MW风力机为研究对象,考虑海床土壤柔性,基于有限元及p-y曲线法,研究风力机塔架在3种实测地震激励作用下的瞬态动力学响应。结果表明:强震级、长时间的地震激励对塔架造成严重破坏;地震发生时塔顶位移最大、应变能集中于塔基;塔顶振动方向、形变位置、剪切应力及应变能集中区域因地震加速度的方向大小而改变。 展开更多
关键词 大型风力机 有限元方法 P-Y曲线法 地震
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基于卷积神经网络风力机轴承混沌空间故障分析与诊断 被引量:5
7
作者 许子非 岳敏楠 李春 《热能动力工程》 CAS CSCD 北大核心 2020年第6期243-250,256,共9页
针对风力机轴承振动信号的非线性特点,对轴承不同工作状态振动信号进行相空间重构,还原信号非线性动力学特性;通过计算获取嵌入维数和延迟时间以构建二维混沌相图,并以不同工作状态的混沌相图作为样本,输入二维卷积神经网络开展学习建模... 针对风力机轴承振动信号的非线性特点,对轴承不同工作状态振动信号进行相空间重构,还原信号非线性动力学特性;通过计算获取嵌入维数和延迟时间以构建二维混沌相图,并以不同工作状态的混沌相图作为样本,输入二维卷积神经网络开展学习建模,构建相空间-卷积神经网络故障诊断模型。结果表明:轴承不同状态振动信号具有明显的混沌特性,二维混沌相图具有不同的非线性表征;二维相图随故障程度变化而变化,但保持原有的"相形";以相同尺寸二维相图,结合卷积神经网络构建故障诊断系统,不仅对相同故障程度的工作状态准确度高,且当同一故障其程度不同时,也非常精准,表明所提出故障诊断模型具有良好的泛化能力。 展开更多
关键词 故障诊断 混沌 相空间 卷积神经网络 轴承
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基于流形学习与神经网络的旋转机械故障诊断 被引量:5
8
作者 许子非 岳敏楠 李春 《热能动力工程》 CAS CSCD 北大核心 2020年第6期224-232,共9页
为解决风力机早期轴承故障信号微弱,其非线性及特征量缺失导致故障诊断的困难,基于能量截止法,考虑参数互交性,采用鲸鱼算法获取最优参数组合,提出优化改进变分模态分解方法(WOA-IVMD)将轴承振动信号分解至不同频段;又考虑信号非线性,通... 为解决风力机早期轴承故障信号微弱,其非线性及特征量缺失导致故障诊断的困难,基于能量截止法,考虑参数互交性,采用鲸鱼算法获取最优参数组合,提出优化改进变分模态分解方法(WOA-IVMD)将轴承振动信号分解至不同频段;又考虑信号非线性,通过9种非线性特征参数,基于经WOA-IVMD分解分量构建非线性"复合高维"特征矩阵,为避免高维数据导致维数灾难问题,采用随机近邻嵌入理论(t-SNE)对高维特征矩阵进行降维处理,并以降维所获数据作为测试样本,通过神经网络完成轴承工作状态分类。结果表明:WOA-IVMD分解信号具有与原分量更高的相似度;采用t-SNE对非线性"复合高维"矩阵进行降维,其三维流形表现具有突出的分类效果;以降维数据为测试样本,采用神经网络进行学习建模并分类,其结果具有较高的吻合度,表明提出方法可准确进行轴承状态分类。 展开更多
关键词 状态分类 变分模态分解 降维 随机近邻嵌入理论 故障诊断
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风力机地震动力学研究现状综述 被引量:5
9
作者 杨阳 岳敏楠 +1 位作者 李春 Musa Bashir 《热能动力工程》 CAS CSCD 北大核心 2019年第9期14-23,56,共11页
针对风力机地震问题研究,从地震反应谱频域分析法、有限元高精度结构动力学分析法、考虑风与地震耦合动力学分析法和结构抗震控制四方面详细阐述了近二十年各国学者的相关研究成果,讨论了不同计算方法发展历程及其优缺点,分析了风力机... 针对风力机地震问题研究,从地震反应谱频域分析法、有限元高精度结构动力学分析法、考虑风与地震耦合动力学分析法和结构抗震控制四方面详细阐述了近二十年各国学者的相关研究成果,讨论了不同计算方法发展历程及其优缺点,分析了风力机地震动力学方面研究的不足,并提出了未来的研究重点领域及发展方向。 展开更多
关键词 风力机 地震 结构动力学 抗震控制
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地震作用下近海超大型三桩风力机模态及瞬态动力学分析 被引量:4
10
作者 李志昊 岳敏楠 +1 位作者 李春 闫阳天 《热能动力工程》 CAS CSCD 北大核心 2020年第11期151-161,共11页
为研究海上风力机在地震作用下结构响应,基于p-y曲线法及非线性弹簧建立土-构相互作用模型,以超大型DTU 10 MW三桩式近海风力机为研究对象建立有限元模型,选取三个监测站实测的同一地震位移数据为地震载荷并采用有限元方法计算三桩式风... 为研究海上风力机在地震作用下结构响应,基于p-y曲线法及非线性弹簧建立土-构相互作用模型,以超大型DTU 10 MW三桩式近海风力机为研究对象建立有限元模型,选取三个监测站实测的同一地震位移数据为地震载荷并采用有限元方法计算三桩式风力机瞬态动力学响应。结果表明:塔架一阶模态固有频率位于理想设计区间,且前六阶模态振型未发生较大扭转,符合刚度设计要求;塔顶位移、最大剪应力及总应变能均随地震位移峰值增大而增加,而上述变量与地震加速度峰值间并不符合上述规律,说明地震加速度峰值不易作为对结构响应强弱的判据;塔顶位移响应最大,较塔架根部和桩基,支撑结构位移响应更剧烈;剪应力响应峰值位于支撑结构连接处;桩基底端应变能响应最大。 展开更多
关键词 超大型三桩式风力机 有限元方法 P-Y曲线 地震
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风浪异向下漂浮式风电场平台动态响应研究 被引量:3
11
作者 何鸿圣 李蜀军 +1 位作者 岳敏楠 李春 《热能动力工程》 CAS CSCD 北大核心 2022年第8期166-174,共9页
为研究风浪异向下海上漂浮式风电场平台运动响应,建立基于ITI Energy Barge平台的漂浮式风力机及共用系泊的二阶阵列漂浮式风电场模型,运用水动力学软件AQWA与风力机仿真软件OpenFAST分别对水动与气动载荷进行计算,分析了风浪异向下二... 为研究风浪异向下海上漂浮式风电场平台运动响应,建立基于ITI Energy Barge平台的漂浮式风力机及共用系泊的二阶阵列漂浮式风电场模型,运用水动力学软件AQWA与风力机仿真软件OpenFAST分别对水动与气动载荷进行计算,分析了风浪异向下二阶阵列漂浮式风电场Barge平台时频响应特性。结果表明:频域内,Barge平台响应主要集中在低频区域,波浪方向对纵摇和纵荡响应影响较大,对垂荡响应影响较小;时域内,纵摇和艏摇自由度背风侧平台响应幅值明显大于迎风侧平台;风电场各平台在横荡、横摇上的响应幅度随波浪入射角度的增大而增大,纵荡和垂荡自由度则几乎不受影响。 展开更多
关键词 风浪异向 漂浮式风电场 叶素动量理论 辐射/绕射理论 运动响应
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基于粘滞阻尼器的单桩式海上风力机结构振动控制 被引量:3
12
作者 薛世成 岳敏楠 +1 位作者 闫阳天 李春 《热能动力工程》 CAS CSCD 北大核心 2021年第5期111-118,共8页
为探究湍流风与地震联合作用下单桩式海上风力机的结构动力学响应与振动控制,以单桩式NREL 5 MW海上风力机为研究对象,采用有限元法建立三维壳模型并基于二次开发将体等效线性模型集成于ABAQUS中,通过附加粘滞阻尼器对地震诱导风力机振... 为探究湍流风与地震联合作用下单桩式海上风力机的结构动力学响应与振动控制,以单桩式NREL 5 MW海上风力机为研究对象,采用有限元法建立三维壳模型并基于二次开发将体等效线性模型集成于ABAQUS中,通过附加粘滞阻尼器对地震诱导风力机振动进行控制。结果表明:粘滞阻尼器能够大幅降低地震导致的风力机塔顶振动,但对湍流风引起的塔顶振动控制效果并不明显;粘滞阻尼器也能缓解因地震造成的支撑结构上Von-Mises应力集中现象且在粘滞阻尼器安装位置效果最好;粘滞阻尼器能够显著降低风力机桩基部分所受剪力最大值,而对弯矩的控制效果则在风力机支撑结构部分效果最明显。 展开更多
关键词 海上风力机 粘滞阻尼器 动力响应 地震 单桩式
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海上浮式风力机叶片减载及平台运动控制研究 被引量:3
13
作者 王博 李春 +1 位作者 岳敏楠 邓允河 《热能动力工程》 CAS CSCD 北大核心 2020年第9期120-126,共7页
基于开源软件FAST与Matlab/Simulink联合仿真平台,采用现代控制理论的状态空间法,建立干扰自适应性控制模型并用于海上浮式风力机独立变桨距控制,且与FAST基础控制对比,分析海上浮式风力机叶片载荷及支撑平台运动。结果表明:较之FAST基... 基于开源软件FAST与Matlab/Simulink联合仿真平台,采用现代控制理论的状态空间法,建立干扰自适应性控制模型并用于海上浮式风力机独立变桨距控制,且与FAST基础控制对比,分析海上浮式风力机叶片载荷及支撑平台运动。结果表明:较之FAST基础控制,干扰自适应性独立变桨距控制作用下海上浮式风力机叶片桨距角变化波动大,但在变桨距执行器执行范围内;海上浮式风力机发电机转速得到较好的控制;干扰自适应性独立变桨距控制对海上浮式风力机叶片有很好的减载作用,同时对支撑平台运动也有较好的控制。 展开更多
关键词 海上浮式风力机 浮式平台 状态空间法 干扰自适应性控制 独立变桨距控制
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风波流及船舶碰撞作用下海上风力机研究进展 被引量:4
14
作者 岳敏楠 丁勤卫 +1 位作者 李春 邓允河 《热能动力工程》 CAS CSCD 北大核心 2020年第12期1-10,共10页
本文回顾了海上风力机发展历程,阐述了风波流作用下漂浮式风力机平台动态响应及固定式基础海上风力机的船舶碰撞动力响应研究,从海上风力机动态响应数值仿真、水池实验及平台稳定性控制等方面进行分析,针对目前控制方法缺点提出阵列式... 本文回顾了海上风力机发展历程,阐述了风波流作用下漂浮式风力机平台动态响应及固定式基础海上风力机的船舶碰撞动力响应研究,从海上风力机动态响应数值仿真、水池实验及平台稳定性控制等方面进行分析,针对目前控制方法缺点提出阵列式平台漂浮式风电场研究思路,并指出了现阶段船舶-固定式基础海上风力机碰撞动力学研究存在的问题,为系统了解海上风力机发展及开展相关研究提供了参考。 展开更多
关键词 风能 海上风力机 动态响应
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基于ABAQUS地震激励下风力机结构损伤分析 被引量:1
15
作者 闫阳天 岳敏楠 +1 位作者 李春 杨阳 《热能动力工程》 CAS CSCD 北大核心 2020年第2期244-253,共10页
高耸的风力机塔架结构属于典型的顶部附有大集中质量的细长柔性体的力学结构,相比传统建筑结构差异性较大,极易受到地震载荷影响。基于有限元分析软件ABAQUS建立风力机塔架、基础平台和土体模型,通过FAST导出风轮非定常推力,作用在塔顶... 高耸的风力机塔架结构属于典型的顶部附有大集中质量的细长柔性体的力学结构,相比传统建筑结构差异性较大,极易受到地震载荷影响。基于有限元分析软件ABAQUS建立风力机塔架、基础平台和土体模型,通过FAST导出风轮非定常推力,作用在塔顶机舱,土体底部施加地震加速度时间序列,进行风力机结构模态分析、稳定性分析和动力学响应分析。研究表明:塔架主要的运动形式为摇摆运动和弯曲振动;塔架一阶固有频率为0.290 Hz,大于风轮的额定旋转频率0.202 Hz,因此叶片旋转不会引起风力机塔架发生共振;风载荷作用下,塔架发生横向屈曲,屈曲位置位于塔架底部且随模态阶数增大而逐渐向上发展,屈曲因子较大;地震载荷作用下,塔架发生纵向屈曲,屈曲位置同样位于塔架底部且随模态阶数增大而逐渐向上发展,较风载荷发生屈曲区域相对更大,屈曲因子相对较小。 展开更多
关键词 风力机 地震 有限元 动力学响应 屈曲
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风波作用下新型铰接式平台动态响应研究
16
作者 李蜀军 岳敏楠 +1 位作者 王博 李春 《热能动力工程》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期160-167,共8页
风波作用下,漂浮式风力机平台的浮动特性会直接影响上部风力机正常运行。为提高平台稳定性,设计一种新型铰接式平台。基于辐射/绕射与有限元方法,结合叶素动量理论,对比分析了风波作用下新平台与立柱式(Spar)平台时频响应特性。结果表明... 风波作用下,漂浮式风力机平台的浮动特性会直接影响上部风力机正常运行。为提高平台稳定性,设计一种新型铰接式平台。基于辐射/绕射与有限元方法,结合叶素动量理论,对比分析了风波作用下新平台与立柱式(Spar)平台时频响应特性。结果表明:在纵荡、垂荡及纵摇自由度上,新平台幅值响应算子随波浪频率增大变化趋势与Spar平台基本一致,但峰值明显减小;新平台附加质量较原平台增大,且垂荡自由度上附加质量增加最明显;时域分析中,新平台3个自由度响应幅值较原平台分别减小约83.9%,61.9%及75.5%,标准差减小约76.4%,60%及77.1%,表现出良好的稳定性;功率谱分析中,新平台响应峰值始终小于原平台,且无响应集中现象,波频性能更优。 展开更多
关键词 风波作用 新型铰接式平台 SPAR平台 动态响应
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不同桩-土耦合效应对风浪联合作用下风力机动力学响应及结构损伤影响分析
17
作者 李志昊 岳敏楠 +1 位作者 李春 闫阳天 《热能动力工程》 CAS CSCD 北大核心 2022年第7期164-170,共7页
以近海DTU 10 MW大型单桩式风力机为研究对象,利用Kaimal风谱模型与P-M谱分别建立湍流风场并定义波浪分布,基于绕射理论计算波浪载荷。选用东海某风电场土壤参数建立桩-土耦合效应模型,对比分析风浪载荷下基于不同桩-土耦合效应的风力... 以近海DTU 10 MW大型单桩式风力机为研究对象,利用Kaimal风谱模型与P-M谱分别建立湍流风场并定义波浪分布,基于绕射理论计算波浪载荷。选用东海某风电场土壤参数建立桩-土耦合效应模型,对比分析风浪载荷下基于不同桩-土耦合效应的风力机动力学响应、疲劳寿命及稳定性。结果表明:桩-土耦合效应对风浪载荷下风力机动力学响应起阻尼作用,将大幅降低其动力学响应,在抗风浪研究中,桩-土耦合效应不可忽略,否则将过度估计动力学响应;基于线性桩-土耦合效应与非线性桩-土耦合效应的风力机动力学响应、疲劳损伤及1阶屈曲因子相差较小,而较之于非线性桩-土耦合效应,风浪联合作用下多土层桩-土耦合效应风力机动力学响应略剧烈,疲劳寿命及1阶屈曲因子略小。 展开更多
关键词 海上风力机 桩-土耦合效应 结构损伤
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