大跨度单层柔性光伏支架结构气动阻尼的试验研究

大跨光伏支架结构轻柔,在风荷载作用下易产生显著气动效应。为研究该类结构的气动阻尼特征,对不同风速和张力工况下两种典型倾角(0°和10°)的大跨度柔性光伏支架结构开展气弹风洞试验。基于气弹模型风洞试验结果,分别利用经验小波变换(empirical wavelet transform,EWT)和变分模态分解(variational modal decomposition,VMD)结合改进的随机减量方法(random decrement technique,RDT)识别得到了柔性光伏支架结构在不同风速风向、组件倾角和拉索预张力下的气动阻尼比。研究结果表明,气动阻尼对风向角的变化较为敏感。当组件倾斜铺设时(10°倾角),大跨光伏结构气动阻尼在180°迎风向时会出现负值。张力增加可能导致高风速下平铺组件的气动阻尼比显著降低。气动阻尼比随风速的增加整体呈减小趋势,低风速下基本为正值,而高风速下可能出现负气动阻尼。不同方法识别出的气动阻尼比结果存在一定的差异,但反映出的气动阻尼的变化特征具有一致性。

山区输电线路跳线风偏状态方程及临界风速研究

为研究山区微地形中的竖向风速对跳线风偏的影响,基于刚性直棒法对导线、跳线及绝缘子串增加竖向风荷载分析,确定跳线处最大风偏位移值作为风偏指标,建立风荷载作用前后跳线静力平衡平面的几何变换关系,提出了考虑竖向风速影响的跳线风偏状态方程。建立半径5 km的地形模型,包含跳线风偏事故地点与微气象站点,采用数值模拟方法将微气象站点风速推演到事故地点风速,获得了考虑微地形影响的跳线风偏闪络事故风速。将事故线路参数及竖向风速代入跳线风偏状态方程,得到跳线风偏临界水平风速,通过与事故风速进行比较验证了跳线风偏状态方程的可靠性。最后根据风偏状态方程分析竖向风速的变化对跳线风偏临界水平风速的影响。结果表明:随着竖向风速的增大,跳线风偏临界水平风速线性减小,当风攻角为20°时临界水平风速可降低16%。考虑竖向风速影响的跳线风偏临界水平风速取值较为安全,建议在山区输电线路跳线设计过程中加以考虑。

台风天气山区地貌某线路跳线风偏事故分析

以某500 kV发生绕引跳线风偏事故的实际线路为研究对象,对跳线及其相连导线建立精细化有限元模型。在平坦地形下利用谐波叠加法模拟了6种湍流度的脉动风场,并由大涡模拟获得考虑真实山区微地形影响的台风脉动风场,分别计算这7种脉动风场下的跳线风偏响应峰值因子、均方根、风偏位移极值等参数,分别分析了台风下微地形及湍流强度对跳线风偏的影响。跳线风偏形态表明,绕引跳线风偏危险点在跳线1/4跨处,而不是跳线绝缘子串挂点处。跳线风偏位移受台风期间高湍流度影响显著,跳线风偏响应与来流湍流强度几乎线性相关,据此给出了风偏位移拟合公式。在山区微地形环境下,风场受地势抬升、狭道效应等真实微地形影响,平均风速显著增大;微地形下相比更大湍流度的平地工况,跳线风偏位移仍有明显增加,跳线距塔身最小间隙仅0.65 m,小于规范最小绝缘间隙1.2 m;大涡模拟结果显示该山地微地形环境可按1.5倍修正绕引跳线10 m高度设计风速,即提升跳线设计风速至40 m/s,可满足该线路跳线防风偏要求。

微地形下输电线路跳线的风偏分析

为了解微地形条件下跳线风偏的特性以保障输电线路的安全运行,对某条实际输电线路进行有限元分析,提出适用于跳线风偏计算的有效模型.采用微地形下风场的风洞试验结果结合数值方法模拟来流三维脉动风,以此对微地形下的跳线风偏进行时程分析并与我国荷载规范中平坦B类地貌下的结果进行比较.研究结果表明:跳线两端的导线运动对跳线风偏有影响显著.微地形下,水平风速在山顶有明显增加而湍流度则有所减少,且有不可忽略的竖向风速产生.相比山坡,山顶处的水平风速更大而竖向风速偏小.微地形下跳线风偏比平坦B类地貌有显著增加.

迎风墙面多开孔结构风致内压的试验研究

为了研究建筑迎风墙面多开孔情况下的风致内压响应动力特性,由非定常伯努利方程推导了多开孔情况下内压控制方程,通过方程线性化得到了系统的等效阻尼比。对迎风面开孔面积相同的单一开孔和双开孔模型分别进行了6种不同容积下的风洞试验。研究结果表明:所推导的方程能较好的预测内压脉动。随着模型容积增加内压均值变化不大,而内压共振频率降低及等效阻尼比增加。与单一开孔相比,双开孔会增加Helmholtz共振频率以及等效阻尼比,所以在大部分风向角下,双开孔模型内外压脉动均方根之比要小于单一开孔工况。单、双开孔两种工况的最大内外压脉动均方根之比分别出现75°和60°斜风向下。

开孔结构内压传递方程孔口特征参数提取方法研究

对开孔结构内压传递方程孔口特征参数的影响因素和识别方法进行了系统的理论和实验研究。基于双参数内压传递方程,采用专门的实验设备考察了正弦外压的幅值和频率对于孔口特征参数的影响,从而由简谐荷载激励下参数的求解方法推广到随机荷载作用的情况。通过与不同开孔条件下参数最优解的比较来验证上述理论的可靠性,同时对该参数预测方法可能产生的误差进行了分析并给出相应的解决方法。研究结果表明该方法能较准确的预测随机荷载作用下的孔口特征参数值。

开孔结构内压脉动影响因子的试验研究

为了准确描述开孔结构内压脉动响应过程,将不同内压脉动预测公式进行比较,对不同开孔尺寸和内部容积模型进行风洞试验,研究了湍流度、来流风速和开孔位置对开孔结构内压脉动响应的影响,并探讨不同预测公式的适用性.研究结果表明:开孔迎风时内压脉动较大,而斜风向下内外压脉动均方根比达到最大;孔口处湍流强度对内压脉动影响显著,而风速对内压均方根影响并不显著;迎风墙面中心开孔相比偏心开孔具有更大的内压均值和均方根.

L型廊道双层幕墙风荷载CFD模拟研究

双层幕墙因为更好的绿色、环保性能,应用越来越广泛,但目前规范鲜有设计双幕墙风荷载取值。为研究L型廊道双层幕墙风荷载情况,文中基于FLUENT计算流体力学软件,分别采用雷诺时均模拟(RANS)和大涡模拟(LES)进行模拟,并与风洞试验结果对比,结果表明LES模拟要明显优与RANS模拟。对于迎风面的廊道内压系数平均值,大涡模拟预测结果较好,误差在5%以内,侧风面误差在15%以内。廊道内脉动风压系数,大涡模拟可以反应整体趋势,外幕墙净风压的预测,大涡模拟(LES)无论是风压平均值还是脉动值均有良好的效果。

开孔结构内压共振效应的风洞试验方法

为准确测得单一开孔建筑内压脉动响应,采用相似性准则推导出模型内部容积应该按照原型和模型风速比的平方进行调节的结论。通过在转盘底部增加大容积空腔来实现对不同模型内部容积的调节。对不同开孔下某厂房模型分别在容积调整前后进行风洞试验并将模型试验结果与原型数值解进行比较,考察了底部空腔与模型连接处连通口大小对试验结果的影响。研究结果表明:如果不对模型容积进行调整会高估结构的Helmholtz频率,而低估开孔阻尼比。采用上述模型内部容积调节方法则可以在风洞试验中准确测定内压脉动。底部空腔与模型连接处开孔较小时会形成双腔共振,导致所测得的内压脉动均方根偏大。随着连通开口的增大,双自由度振动将逐渐减弱并转变为单自由度振动体系。

开孔结构内压传递方程的适用性分析

为了研究单一开孔结构内压的传播机理,采用理论推导结合模型实验提出内压传递方程的新形式.考虑到国外学者提出的方程普遍存在低估孔口阻尼值这一不足,从N-S方程出发结合层流边界层理论,推导单一开口结构内外压传递的方程.对6种不同开孔条件下的模型进行扬声器激振试验,以获得内压时程曲线.通过拟合实测内压曲线,来考察不同方程的适用性.研究结果表明,所推导的新方程与国外学者提出的方程相比能够准确地预测开孔模型内压幅值和阻尼.

开孔结构内压传递方程的孔口特征参数识别

对开孔结构内压传递方程的孔口特征参数识别进行理论和实验研究。基于通用双参数内压传递方程,探讨了在正弦波激励下考虑非线性阻尼的孔口特征参数提取方法,并采用时程计算方法对参数提取的精度进行了详细分析,设计并制作了专用的实验装置用于孔口特征参数提取。研究结果表明,基于正弦波激励的孔口特征参数提取方法在共振峰附近的提取精度较为可靠,而发生共振反应是保证孔口参数提取精度的前提。

遗传算法在钢卷仓库库位优化上的应用

随着钢制品的生产以及物流的自动化程度不断提高,钢制品仓库自动化技术得到越来越多的重视和应用。在宝钢自主研发的无人化行车系统中,针对钢卷的入库库位优化问题,提出一种基于遗传算法的钢卷仓库库位优化模型,可以准确高效地实现钢卷仓库中库位的优化应用。

大跨柔性光伏支架结构风压特性及风振响应

大跨柔性光伏支架结构因具有良好的场地适应性和经济性而得到越来越多的应用。为完善此类光伏支架结构的抗风设计方法,通过对一种可变倾角的大跨柔性光伏支架结构进行刚性模型风洞测压试验,研究了光伏组件板面的平均风压和脉动风压系数在不同风向角和倾角组合下的分布特性以及全风向角下组件的极值风压变化规律,并给出了典型风向角下的脉动风压功率谱图。在此基础上,结合光伏组件的风压分布特点,采用ANSYS有限元软件仿真研究了该种柔性支撑光伏支架的风振响应并进一步计算得到了相应的风振系数。研究结果表明:在0°和180°风向角下,平均风压系数沿来流方向梯度分布且绝对值迅速衰减;随着风向角的增大,风压系数绝对值的最大值出现位置由迎风前缘向迎风端角部附近移动;光伏板面脉动风压分布与平均风压分布趋势类似;相比结构位移响应,钢索张力响应对风速变化不敏感,顺风向和竖向位移风振系数在U=8 m/s取得极大值,其值为2.11和1.98。本文可为光伏结构的抗风设计提供参考。

考虑时变气象参数的输电导线覆冰数值仿真

近年来输电线路覆冰灾害频发,给电网运行带来了极大威胁。现有研究大多未考虑时变气象条件对导线覆冰所产生的影响。为对线覆冰增长情况进行有效预测,给输电线路融冰除冰和舞动预警提供重要参考。本文基于导线覆冰机理和欧拉气液两相流模型,提出了考虑时变气象参数时变影响下的输电线路导线覆冰数值仿真方法。在此基础上建立了基于FLUENT和FENSAP-ICE软件的导线覆冰增长数值模拟框架,利用三维仿真模型,研究了温度、风速、空气中的液态水含量、水滴中值体积直径等时变气象参数和导线直径等因素对输电线路导线覆冰质量及覆冰形状的影响,结果表明导线覆冰形状受风速、过冷却水滴中值体积直径、空气中的液态含水量和导线直径影响较大,受温度影响较小。最终利用真实输电线路现场覆冰监测数据以及相应的气象数据对仿真计算方法的有效性进行了验证。预测结果与输电线路覆冰监测结果吻合度较好,考虑时变气象参数的方法比不考虑时变参数的方法更能有效地预测导线实时覆冰形状和质量,表明本文提出的导线覆冰仿真方法具有较好的精度。

近海V形山谷地形输电线路的风场仿真与风灾事故分析

山地风场的复杂多变性是造成山区输电线路风灾事故频发的重要原因。本文采用CFD数值仿真技术对不同风向角下典型的近海V形山谷地形下的输电线路风场进行了仿真。基于雷诺时均模型(RANS)仿真方法比较了半径分别为3 km、5 km和8 km三种尺度地形下风场计算结果的差异。针对事故塔位的不利风向工况,进一步采用大涡模拟(LES)技术对风场进行了补充分析,并比较了其与RANS计算结果的差异。在此基础上,分析了线路发生跳线风偏放电事故的原因。研究结果表明V形山谷两侧山脉上不利的风速加速效应出现在山脊线的迎风前端,其在东、西两侧山脉的最大水平风速加速比可达1.23和1.65,而最大竖向风速比可达0.45和0.30。山腰位置处塔在背风向下可能受到显著的下沉气流作用。山谷中心位置处风速加速效应不明显且可能在某些风向下存在衰减。不同尺度地形仿真结果的比较表明,5 km半径的中尺度地形与大尺度地形仿真结果较为一致,而采用3 km小尺度地形可能会产生明显误差。LES模拟的平均风剖结果比对应的RANS结果略偏大。地形的影响会导致事故塔位处的水平极值风速相比来流极值风增大13%,同时产生相当于0.2倍来流风速的竖向风。仿真显示,在不利风向下事故塔位处存在明显的水平风速加速和竖向风速,从而造成跳线风偏事故的发生。

基于三阶贝塞尔曲线的AGV轨迹规划研究

随着钢铁行业对物流的无人化程度要求的不断提高,钢材的无人化运输技术得到越来越多的重视。而工业无人化运输中使用最多的工具就是AGV。在AGV相关技术的研究中,AGV的轨迹规划是一个重要的研究方向。使用一种基于三阶贝塞尔曲线的轨迹规划方法,并考虑初始状态约束、目标状态约束、运动学约束。为了使AGV转向更平稳,采用优化算法,使得规划出的轨迹曲率变化最小。

考虑气候变化影响的台风设计风速研究

采用了一种统计确定性模型结合4种不同的全球气候预测模型考察了气候变化对台风设计风速的影响,该方法以给定的气候环境条件为驱动采用统计模型生成大量的数值台风,因而可以模拟历史和未来预测气候条件下台风的发生情况。以杭州地区为例阐述了气候变化影响下设计台风风速从20世纪末到21世纪中叶的演化情况。研究结果显示:基于历史重分析气象条件模拟到的不同重现期台风设计风速与历史观测数据的分析结果吻合较好,表明该统计模型具有可靠性。大部分的气候模型预测显示杭州地区21世纪中叶的设计台风风速将可能超过20世纪末,且100年重现期下的设计台风风速随时间呈现增长趋势。因此在抗风设计中有必要考虑气候变化对设计风速所造成的影响。

考虑剪切变形的轴心受压GFRP圆管临界荷载

为了考虑剪切变形对玻璃纤维增强复合材料(GFRP)构件屈曲荷载的影响,利用Engesser剪切变形理论,推导考虑剪切变形和初弯曲的临界荷载.应用于GFRP圆管时,考虑材料各向异性特征对剪切系数及强度的影响.对4根具有不同长细比的GFRP圆管试件进行轴压试验.结果表明,GFRP圆管在截面强度估算时应综合考虑轴向纤维压缩破坏和环向基体拉伸破坏.所推导的临界荷载计算式的结果和试验结果吻合良好.

基于室外导线节段模型的输电线路覆冰与脱冰过程试验研究

输电线路通常需要跨越峡谷及山地等险峻复杂地形,线路脱冰动力响应的现场实测往往成本较大且精度难以保证。而室内缩尺模型试验则难以真实重现自然地貌及气象条件。为实现对某500kV高压输电线路覆冰、脱冰物理过程的高效低成本模拟,该文基于模态叠加法和动力相似关系自主设计自然条件下多分裂导线节段模型装置。采用弹簧系统提供可调的垂直、水平和扭转刚度,以模拟原型输电线路的三自由度动态特性。在线路场址布置导线节段模型装置,通过开展人工模拟试验验证该装置在模拟脱冰位移响应方面的有效性。基于真实冰风气象环境中的多分裂导线节段模型装置,采用计算机视觉技术实现对导线三次真实覆冰、脱冰过程的有效观测。为多分裂导线的覆冰、脱冰观测及试验研究提供新的技术手段。

考虑冰风耦合作用的输电导线脱冰动张力及参数影响分析

导线覆冰脱冰过程产生的动张力可能会导致断线及倒塔等事故发生,从而危及电力传输。导线脱冰引发的最大动张力,不仅由冰载的突然释放决定,还可能受到风的耦合影响,特别是对于大风区输电线路。为此研究了风的作用(包括水平和竖向脉动风荷载)和脱冰对导线动张力的耦合影响。通过高频天平测力风洞试验获得了不同厚度新月形覆冰导线的气动力系数。开展了某实际高压输电线路脱冰动力响应的仿真分析,研究风攻角、风速及冰厚等参数对导线脱冰最大动张力的影响。提出了考虑冰风联合作用的动张力风载放大系数μ,并分析了该系数的参数敏感性,在此基础上给出了导线脱冰最大张力的计算式,可供设计应用。研究表明:风载对导线脱冰动张力的影响很大程度上取决于风攻角,风速和冰厚;忽略风载和脱冰的耦合效应会导致导线脱冰最大动张力的低估,尤其是在70°~150°风攻角下;提出的动张力放大系数μ能够考虑风载对脱冰动张力的影响,弥补了现有规范中关于导线脱冰张力计算上的不足。