海上风电机组预测性运维模式研究

海上风电向深远海方向快速发展,为降低海上风电机组全生命周期度电成本、解决海上风电机组全生命周期内低成本、高可靠性运维问题,提出利用SCADA数据、CMS数据、环境数据等海上风场数据,进行海上风场预测性运维的运维方式。针对海上风电机组故障预警,提出利用设计阈值、基于LSTM预测模型的预警模式,实现风机关键部件的故障预警;针对海上风场运维排程,提出基于Kruskal的择优排程方法;针对运维解决方案,提出专家知识库的搭建和闭环反馈方法。研究表明,基于现有智能监测、检测技术、数据分析处理技术,通过完善专家知识库即可实现预测性运维。研究成果为海上风电运维系统搭建提供一定的参考。

海上风电机组塔架2阶阻尼器支架结构设计及优化

海上风力发电机组所受外载荷相比于陆上机组更复杂,且其疲劳载荷直接关系到风电机组的寿命和结构安全。针对海上大容量的机组,通过开发设计2阶阻尼器结构来保障2阶振动的安全,同时降低塔架疲劳载荷,对降本增效起到比较大的作用。运用ANSYS软件,针对某海上项目8MW风电机组2阶阻尼器支架结构进行仿真计算,主要包括2阶阻尼器与塔架焊接螺柱极限和疲劳强度分析;阻尼器支架极限和运输工况强度分析;分析对比不同疲劳算法及不同焊接螺柱支架形式对其疲劳强度影响。结果表明:海上塔架2阶阻尼器支架结构极限强度由运输工况控制;疲劳时序算法与应力集中系数(SCF)疲劳算法结果很接近,相差不大,考虑项目周期要求时可按照SCF疲劳算法来计算结构疲劳损伤;2阶阻尼器焊接螺柱疲劳SCF优化结果显示,焊接螺柱直径、支架刚度、焊接螺柱数量、焊接螺柱和塔架角度均会影响到其SCF值,其中支架刚度的影响最大,焊接螺柱与塔架垂直、螺柱数量增多和螺柱直径变小均会使SCF值减小。研究成果可为海上风电机组塔架2阶阻尼器支架结构设计提供一定参考。

基于性能的RC桥梁地震易损性分析

桥梁的地震易损性分析大多数基于桥梁的破坏状态,基于结构性能的易损性分析直接给出结构对应于不同功能等级的失效概率,因此基于性能的易损性分析更具有实用价值。迄今为止,在桥梁领域尚没有基于结构性能的易损性分析,其主要困难在于定义与结构性能水准相适应的量化性能指标。基于结构极限状态定义了钢筋混凝土桥梁的4个性能水准,以目标墩顶漂移率为量化性能指标,提出基于性能的钢筋混凝土桥梁的地震易损性分析方法。由于桥墩是桥梁结构中极易受到破坏且不易更换的构件,因此常通过研究桥墩的易损性来研究桥梁结构的易损性。在地震作用下,隔震装置将会影响桥墩的易损性,但是目前缺少相关研究。以4跨连续钢筋混凝土桥梁为例,采用Open Sees分别建立非隔震桥梁和隔震桥梁的有限元模型,考虑地震动随机性,对两种桥梁进行了基于IDA(增量动力分析方法)的非线性动力时程分析。最后用文中提出的方法分别对非隔震桥梁和隔震桥梁的中墩进行基于性能的地震易损性分析,并形成易损性曲线。对比非隔震桥梁和隔震桥梁中墩的易损性曲线,分析隔震支座对桥墩易损性的影响。

钢筋混凝土桥梁抗震性能目标优化决策

国内外对过去桥梁震害调查表明,桥墩的破坏是桥梁未来的主要震害。以桥墩在地震灾害的破坏程度为依据将桥梁性能水平划分为五级,并选取桥墩的墩顶漂移率为量化指标,建立了"桥墩破坏程度-桥梁性能水平-墩顶漂移率"之间的对应关系。该划分细化和量化了现行桥梁抗震设计规范规定的三级性能水平,为设计人员和业主提供更多选择,使桥梁抗震设计更加灵活。同时根据最优设防烈度原则与地震危险性分析相结合,建立了基于"投资-效益"准则的RC桥梁全寿命总费用模型。该模型将抗震性能目标的确定问题转化为以桥梁全寿命总费用函数为最小的桥梁优化设计问题,为基于性能的桥梁抗震设计提供了简单、有效的计算方法。

桥梁结构寿命周期维修成本的评估方法

为实现桥梁寿命周期内维修资金的合理分配,制定最佳维修方案,将寿命周期成本分析方法引入桥梁维修中。考虑桥梁维修时间的不确定性和折现率对维修成本的影响,提出一种寿命周期内维修成本的评估方法,该方法利用卷积运算和事件树分析方法,通过计算桥梁寿命周期内的年维修概率、年维修成本期望值等数据,总结出了维修成本的评估流程。利用该方法对英国已建的713座钢筋混凝土桥的维修成本进行了评估,评估结果显示有预防性维修的维修方案更经济,可以减少后期维修投入和用户成本。

LCCA方法在桥梁工程中应用的研究综述

从寿命周期成本构成、成本计算模型和结构性能指标3方面介绍了桥梁全寿命周期成本分析(Life Cycle Cost Analysis,LCCA)方法,重点阐述、分析了腐蚀作用下桥梁结构和构件的时变可靠度。将LCCA方法在桥梁工程中的应用分为规划设计阶段、运营阶段和抗震设计3部分,目前LCCA方法在规划设计阶段应用仍处于理论的初步研究阶段,在运营阶段应用以桥梁维修方案优化研究为主,在抗震设计中应用主要为地震作用下各级破坏概率和损伤成本的计算。最后,对LCCA方法在桥梁工程中应用的发展趋势进行了展望。

海上风机单桩基础受船舶撞击的数值研究

目前国内没有海上风机受船舶撞击的相关规范和损伤评估标准,以国内某单桩基础海上风机为例,运用LS-DYNA软件从能量变化、最大撞击力和风机响应角度对风机受船舶撞击过程进了分析,并提出面积受损率来评估风机受损程度。分析结果显示:船舶初始动能在分别不超过约35 MJ、35 MJ、25 MJ时,最大撞击力与船舶质量的1/3次方、速度、撞击角度的正弦值成线性关系,超过时线性关系不再明显;面积受损率能合理反映单桩基础的受损区域和受损面积。

单桩基础海上风机受船撞击损伤和动力响应分析

随着海上风机在服役期内被船舶撞击风险提高,运用LS-DYNA软件进行了5 000t船舶以2m·s-1速度撞击单桩基础海上风机的数值仿真.提出面积受损率描述海上风机单桩基础的受损程度,分析了风机塔架易损位置的位移、加速度响应及剪力.结果显示:船舶正撞风机以塑性碰撞为主;面积受损率能合理反映单桩基础在不同质量、速度、碰撞角度船舶撞击下的受损程度,其与船舶动能具有一一对应关系;风机塔架位移响应随塔架高度增加而增强,加速度响应却减弱;塔架顶部剪力最大值同底部一样均很大,所以加强塔架顶部连接同加强底部连接一样重要.

风电机组混合塔架结构阻尼比的研究

混合塔架作为风电机组广泛应用的一种高塔架形式,其结构模态阻尼比精度对塔架载荷和成本有着重要影响。基于以材料阻尼比作为输入求解风电机组混合塔架结构阻尼比的有限元分析方法,计算出140 m混合塔架第1阶模态阻尼比为0.96%。为验证该方法的正确性,通过测量阻尼性能差异较大的有机玻璃单件、钢板单件的材料阻尼比,以及有机玻璃与钢板组件的模态阻尼比,以测量的材料阻尼比作为输入开展了有机玻璃与钢板组件模态阻尼比的有限元分析。有限元求解与试验测试的1阶模态阻尼比结果分别为0.570%和0.589%,两者相差3.33%。结果表明,以材料阻尼比作为输入计算混合塔架模态阻尼比的有限元分析方法是正确的。

钢质埋地管线在不同场地走滑断层下的可靠性研究

断层是造成埋地管线破坏的最重要原因。简化埋地管线小变形段为等效边界弹簧,对管材为三折线本构模型的等效边界弹簧本构方程进行了推导。基于ANSYS软件的有限元概率设计系统,考虑了管线外径、壁厚、内压、埋深及走滑断层位错量等随机输入变量,运用蒙特卡罗方法进行了软土、中等土、硬土3种场地走滑断层位错作用下钢质埋地管线的可靠性分析。研究发现:管线应变和失效概率随场地硬度提高显著增大,而应力增大不明显;三种场地走滑断层位错作用下,对应变的敏感性从高到底依次为走滑断层位错量、壁厚、埋深、内压。研究完善和丰富了该方面理论,为埋地管线抗震设计提供了一些合理且经济的建议。

海上风电机组单桩基础和三脚架基础抗撞性能研究

目的评估海上风电机组单桩基础和三脚架基础遭遇船舶撞击时的抗撞性能。方法针对上述两种基础,采用LS-DYNA软件分析不同碰撞工况下的最大碰撞力、基础受损面积、机舱加速度最大值及基础钢材消耗量,获取两类基础的基础损伤程度和机组响应幅度。结果单桩基础受损程度低于三脚架基础约22%,三脚架基础机舱响应值低于单桩基础约32%。结论两类基础抗撞性能满足规范要求,未发生因基础失效引起的倒塔事故,机头不存在脱落风险,单桩基础在基础损伤方面表现更好,而三脚架基础在机组机舱响应方面表现更好。

冰激海上风机基础结构疲劳寿命评估

基于Miner线性疲劳损伤累积理论和材料S-N曲线,假定渤海海域冰厚和冰速服从耿贝尔逻辑模型,建立了冰激海上风机结构的谱疲劳寿命评估方法并总结了谱疲劳寿命评估流程,通过对目前海上风机常用的两种基础(单立柱三桩导管架基础和桁架式导管架基础)进行谱疲劳寿命评估,得出冰激单立柱三桩导管架基础和桁架式导管架基础的疲劳寿命分别为55.25年和86.81年,验证了方法的合理性。文章的研究对海上风机基础结构抗冰研究有一定的应用价值。

海上风电与海洋养殖融合发展现状与展望

近年来,随着海洋活动的不断增强,国家围绕海洋渔业、海洋可再生能源等潜在需求旺盛、带动力强的重点产业领域开展多项专项规划,融合发展“海上风电+海洋养殖”等多产业协同的新业态,打造海洋经济发展新模式成为必然趋势。海上风电与海洋养殖融合发展也成为综合利用海洋空间的创新思路和迫切需要。此模式具有广阔的发展前景,但还处于探索阶段。文章通过简述海上风电与海洋养殖融合发展的现状,根据交互程度提出3种融合交互模式,并系统阐述这几种融合发展模式的优势与不足,探讨后续发展中面临的问题和瓶颈,探索渔业装备与可再生能源融合发展的可行性,为后续新模式的融合发展提供参考。

基于FLAC^(3D)海上风电大直径单桩竖向承载特性

以大连庄河某海上风电工程单桩基础为例,采用FLAC^(3D)软件对钢管桩竖向承载特性开展研究,并将模拟结果与规范方法、现场高应变桩基检测进行对比分析。结果表明:数值分析中,桩-土接触面参数对单桩竖向承载特性模拟结果具有重要影响,桩的极限侧摩阻与接触面剪切强度呈正相关关系。根据现场静力触探试验计算获得的桩极限侧摩阻为基准来调整桩-土接触面参数,是保证数值模拟能够合理反映单桩竖向承载特性的关键;数值分析获得的单桩极限承载力与现场高应变测试结果接近,但较API规范、港口规范计算值偏小;随着竖向荷载增加,桩端附近的桩侧土体开始出现环状剪切破坏;桩身轴力整体沿桩身向下逐渐减小,端阻比的变化分为前、中、后3个阶段,单桩极限承载力位于加载前期和中期分界点附近。

Three-Step Damage Identification Method Based on Dynamic Characteristics

A three-step damage identification method based on dynamic characteristics is proposed to improve the structure reliability and security and avoid serious accident. In the proposed method, the frequency and difference of modal curvature(DMC) are used as damage indexes. Firstly, the detection of the occurrence of damage is addressed by the frequency or the square of frequency change. Then the damage location inside the structure is measured by the DMC. Finally, with the stiffness reduction rate as a damage factor, the amount of damage is estimated by the optimization algorithm. The three-step damage identification method has been validated by conducting the simulation on a cantilever beam and the shaking table test on a submerged bridge. The results show that the method proposed in this paper can effectively solve the damage identification problem in theory and engineering practice.