大型风力机叶片腹板偏置对弯扭耦合特性研究

为研究大型风力机叶片内部腹板结构偏转对叶片弯扭耦合特性的影响,基于NX二次开发建立NREL 5 MW叶片CAD模型,通过计算流体力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)方法求解叶片表面的分布载荷,采用节点位移法求解叶片弯曲角及扭转角,分析腹板偏置对叶片弯扭耦合效应的影响。结果表明,偏置腹板可使叶片产生自适应特性;在气动载荷作用下,弯曲角与扭转角均沿叶展逐渐增大,于叶尖达到幅值;正向偏置时,叶片扭转角与偏转幅度呈负相关,反向偏置与之相反;正偏置结构耦合叶片弯扭耦合系数随偏转角增大呈递减趋势,反偏置叶片均大于传统叶片。

基于中国实测地震有效持续时间的风力机地震动力学研究

基于我国实测地震,对10 MW单桩陆上风力机在地震及湍流风载荷作用下的结构响应和局部损伤特性进行研究。采用阿里亚斯强度计算有效地震持续时间,从而对风力机进行时域分析。采用壳单元精细有限元模型,构建考虑湍流风、地震及土-构耦合效应的多物理场模型,开展10 MW单桩式陆上风力机的结构动力学研究。结果表明:湍流风载荷和地震载荷分别为影响风力机塔顶前后向位移和塔顶侧向位移的决定因素;地震载荷不同会导致地震诱导结构屈曲模态发生变化。

地震诱导紧急停机状态下近海风力机动力特性研究

为研究超大型单桩式近海风力机在紧急停机状态下的动力学特性,以DTU 10 MW单桩式近海风力机为研究对象,建立风浪相关的湍流风-波浪-地震载荷多物理场模型,通过p-y曲线法、Q-z曲线法及Winkler模型构建土-构耦合模型,对比研究其在正常运行、停机及紧急停机状态下的动力学特性。结果表明,风力机在停机状态下受地震载荷影响最大,较未发生地震,其塔顶前后向及侧向位移极差分别增加249.22%及1869.14%,支撑结构剪应力峰值增加约333.33%。在进行紧急停机操作时,由于叶片变桨作用,致使支撑结构剪应力及塔架应变能大于同时刻正常运行状态。紧急停机操作,加大了塔顶位移范围,使塔顶振动中心向湍流风来流方向偏移,同时有效缓解风力机在外部载荷作用下所造成的支撑结构剪切力激增及塔架前后向应变能集聚现象。

超大型近海风力机海流冲刷下的动力学响应分析

为探究风力机桩周冲刷前、后结构动力学特性的变化,在土-构耦合作用下建立10 MW单桩式海上风力机模型,进行整机模态分析,并分析风浪作用下风力机的动力学响应。结果表明:随着冲刷深度的增加,较之一阶频率,二阶自振频率明显下降,冲刷效应对二阶自振频率影响较大;与未冲刷相比,冲刷深度为1.28D时塔顶位移增大7.8%,桩基位移增大110.5%,与塔架相比,冲刷效应对桩基影响更大;与未冲刷相比,冲刷深度为1.28D时桩基峰值应力增大14.3%,峰值应变能增大6.7%,冲刷效应致使应力和应变能集聚现象更为明显,设计时应充分预估冲刷效应对风力机的影响。

考虑自重影响的大型风力机复合材料叶片结构力学特性分析

为探究叶片自重对叶片结构特性影响,基于NX参数化建模的二次开发,建立NREL 5 MW风力机叶片三维壳体模型,结合复合材料铺层设计,通过CFD方法获得叶片表面压力分布并加载至复合材料叶片模型,采用有限元法对其进行模态、静力及屈曲分析,得到叶片自重对其结构特性影响。结果表明:复合材料叶片抗扭转能力较强,弯曲振动是引起其疲劳破坏的主因;考虑叶片自重后,叶尖位移最多增加8.7倍,一阶屈曲因子最多降低93%,最大屈曲变形量最多减小89.47%;考虑叶片自重后,180°相位角时叶片表面应力分布最为恶劣,结构分析时应优先考虑;考虑叶片自重后,270°相位角时屈曲因子最大,180°时屈曲因子最小,分析180°相位角叶片可获更符合工程实际的临界屈曲载荷;额定风载下,135°、180°及225°相位角叶片局部屈曲域处于其最长截面前缘区,其他情况下,易在背风面尾缘镶板区出现局部屈曲,应对这些区域进行优化设计增强其抗屈曲能力;叶片自重应加以考虑。

基于气动弹性剪裁的大型风力机弯扭耦合叶片力学性能分析

为分析弯扭耦合叶片的力学性能,基于三维建模软件NX二次开发建立NREL 5 MW风力机叶片壳体模型,进一步对叶片进行复合材料铺层设计,通过镜像偏置主梁纤维实现叶片气动弹性剪裁,采用CFD方法计算叶片表面压力分布,结合有限元方法对其进行模态、静力学及屈曲计算,以研究主梁偏置角度对弯扭耦合叶片力学性能的影响。结果表明:当主梁偏置角度较小时,弯扭耦合叶片表面最大应力小于传统叶片,其中以偏置角度为-15°时效果最佳,表面最大应力降幅最高为14.78%;相比传统叶片,弯扭耦合叶片各阶固有频率及屈曲因子均有所降低,且正向与反向偏置同角度的叶片固有频率和屈曲因子下降量较接近,主梁偏轴镜像铺设对叶片挥舞振动影响较大;主梁偏置角度对叶片抗屈曲能力产生一定影响,叶片临界屈曲载荷最大降幅约为78%;应重点关注弯扭耦合叶片固有频率及屈曲因子,以避免叶片固有频率与激励频率接近而产生共振,必要时可优化铺层结构以提高叶片抗屈曲能力。

基于弯扭耦合的大型风力机复合材料叶片结构特性研究

为研究不同类型弯扭耦合叶片结构特性,以NREL 5 MW风力机叶片为研究对象,结合复合材料铺层设计建立不同弯扭耦合叶片有限元模型,通过CFD方法求解叶片气动载荷并对各叶片开展结构模态、强度及屈曲计算,分析不同耦合区域及耦合角度对叶片结构特性影响。结果表明:弯扭耦合叶片各阶固有频率大多低于传统叶片,其中蒙皮耦合叶片变化最小而全耦合叶片影响最大,弯扭耦合叶片可降低内部von Mises应力及应变峰值,提高叶片疲劳寿命,其中蒙皮耦合叶片降幅最大而主梁耦合叶片降幅最小,尤以蒙皮耦合叶片θ=20°减载效果最佳,弯扭耦合叶片切应力大多高于传统叶片,仅蒙皮耦合叶片θ=20°最大切应力低于传统叶片,叶片的弯扭耦合特性对其稳定性产生一定影响,其中主梁耦合叶片临界屈曲载荷降幅较大而其他弯扭耦合叶片有小幅上升,且一阶屈曲变形量均低于传统叶片。

海上超大型风力机结构动力学响应及稳定性研究

为研究不同运行方式对湍流风及地震作用下海上风力机动力学响应及稳定性影响,以DTU 10 MW海上单桩式风力机为研究对象,采用p-y曲线描述桩基与海底土壤之间的相互作用,基于有限元软件Ansys建立风力机有限元模型,并对其进行结构模态、动力学及屈曲分析。结果表明:塔架模态振型以扭转和弯曲振动为主,其一阶固有频率介于理想设计区间,风轮旋转不会引发其共振;湍流风对塔顶位移影响最为显著,地震对塔顶侧向位移影响远大于湍流风;地震发生后,塔架等效应力及应变能响应均出现激增现象。启动紧急停机可有效削减塔顶位移、塔架等效应力及应变能响应峰值,降低结构损伤及塑性形变风险;湍流风及地震作用下,塔架背风面中上部将发生横向屈曲破坏。启动紧急停机可明显提高其抗屈曲能力,临界屈曲载荷最大增幅近27.11%。

地震作用下桁架式大型海上风力机瞬态动力学分析

为研究地震载荷作用下桁架式大型海上风力机结构动力学响应。采用文克尔土-构耦合模型描述柔性土壤与桩基间的相互作用,以NREL 5 MW大型海上风力机为研究对象,分别建立其桁架式及单桩式结构有限元模型,并计算两种结构在额定风速正常运行及突发地震两种工况时的结构瞬态动力学响应。结果表明:在地震及湍流风作用下,相较于单桩式风力机,桁架式结构具有更好的抗风抗震性能,且塔顶位移响应较小,能够有效保护塔顶叶片、机舱等重要部件;地震发生时,桁架式风力机米塞斯等效应力幅值变化范围降低48.7%,平均值降低21.9%。研究还发现,现有桁架结构设计会出现局部应变能激增。

不同风载下桁架式海上风力机地震动力学响应

为研究风载荷对地震发生时桁架式海上风力机动力学响应的影响,以NREL 5 MW海上风力机为研究对象,建立桁架式风力机有限元模型,采用p-y曲线描述柔性海底土壤与桩基间的相互作用。基于SMOOTH湍流风谱模型求解风载荷,并计算正常运行、停机及紧急停机工况下风力机支撑结构的瞬态动力学响应。结果表明:风载荷对风力机支撑结构影响十分显著,且不同运行工况的支撑结构响应特性有较大差异。地震的发生会导致局部剪应力及应变能波动频率和幅值激增,采用紧急停机的方式可有效削弱风-地震联合作用对风力机叶片及支撑结构的影响。地震发生后的60 s,支撑结构局部剪应力峰值下降7.7%,平均值下降87.5%,集中于风力机塔架与桁架结构衔接处的应变能峰值下降14.6%。

极限环境载荷诱导风力机结构振动影响分析

风力机桩基、塔架及连接部件构成的支撑结构属顶部承担较大质量的力学结构,地震对其造成的影响远大于常规建筑。针对上述问题,基于NREL开发计算平台,联合TurbSim、AeroDyn、FAST及Seismic,对变风载荷、变地震载荷(波形、强度)下的风力机动力学响应进行研究。发现:地震横波对风力机结构响应造成剧烈影响,纵波相对于横波影响较小;风力机在水平方向的结构响应比竖向更剧烈,垂直方向的结构响应在结构分析时可忽略不计。叶片的结构响应主要由风载荷造成;因风载荷在来流方向的作用导致塔顶流向位移和塔架侧向弯矩受风载荷和地震载荷同时影响,塔顶侧向位移和塔架流向弯矩受地震载荷作用更显著。

地震及风-浪载荷作用下大型10 MW桁架与单桩风力机响应对比研究

以某10 MW桁架式海上风力机为研究对象,基于p-y曲线和Q-z曲线描述柔性土壤与桩基间的相互作用,构建桁架及单桩风力机的有限元模型,研究2种结构在地震及风-浪载荷作用下的结构动力学响应及承载特性。结果表明:桁架及单桩结构在风-浪载荷作用下,塔顶做偏心往复运动;地震的作用导致单桩结构塔顶侧向扰动偏心更严重,但桁架结构扰动幅度更大且应力卸载更快;桁架结构相较于单桩结构更稳定,但需要对局部承载压力部分进行降载。

海上风力机多场平台构建及地震动力学研究

为研究大型海上风力机在地震、湍流风、波浪及海流等复杂环境载荷作用下的动力学响应,建立了考虑多环境载荷和土-构耦合效应的精细支撑结构有限元模型,并基于模态法验证了有限元模型的精度和考虑土-构耦合效应的必要性,同时研究了大型风力机的结构响应。结果表明:结构的动力特性受土-构耦合效应影响显著;在地震载荷作用下,结构多个自由度响应激增;由于湍流风、波浪及海流载荷作用,导致支撑结构受外载荷形成阻尼效应影响更为显著;在研究地震动力学响应时,湍流风载荷、浪流载荷不可忽略。

PLC和VLC融合的车厢内宽带视频服务系统

电力线通信(Power Line Communication,PLC)可以为LED灯提供照明功率的同时作为骨干网为可见光通信(Visible Light Communication,VLC)馈入信息,具有很好的应用前景。提出了一个基于PLC和VLC融合的车厢内宽带视频服务系统,详细描述了该系统的结构和框架、关键技术参数,测试了演示系统的关键通信性能,讨论了未来的应用方向,可为新一代列车车厢内部的综合信息服务和通信系统提供一定的指导和参考。

多土层桩-土耦合效应对静止状态下近海超大型风力机地震动力学响应及屈曲的影响分析

以近海DTU 10MW超大型风力机为研究对象,选用东海实测海床土壤参数构建桩周土水平抗力-桩基形变(p-y)曲线,并基于非线性弹簧单元建立纯砂土、纯黏土及多土层桩-土耦合效应模型,选取实测地震位移数据作为地震载荷,采用有限元方法对比研究了3种桩-土耦合效应下风力机动力学响应特性。结果表明:多土层桩-土耦合效应下塔顶位移、塔顶前后位移及侧向位移峰值及其波动的剧烈程度小于纯砂土,但大于纯黏土,采用纯砂土或纯黏土构建桩-土耦合效应模型将导致预估响应结果不准确;不同桩-土耦合效应下,塔架一阶模态均被地震载荷诱发;地震作用时纯砂土桩-土耦合效应下塔架屈曲因子最小,多土层次之,纯黏土最大;塔架最大剪应力峰值位于塔架支撑结构处,地震作用时塔架下端易发生局部屈曲,结构设计时应重点关注此处。

不同海况下近海超大型风力机动力学响应及结构损伤分析

以超大型DTU 10 MW单桩式近海风力机为研究对象,通过p-y曲线和非线性弹簧建立桩-土耦合模型,选取Kaimal风谱模型建立湍流风场,基于P-M谱定义不同频率波浪分布,并利用辐射/绕射理论计算波浪载荷,采用有限元方法对不同海况下单桩式风力机进行动力学响应、疲劳及屈曲分析。结果表明:不同海况波浪载荷作用下塔顶位移响应及等效应力峰值远小于风及风浪联合作用,其中风浪联合作用下风力机塔顶位移响应及等效应力略小于风载荷;波浪载荷对风载荷引起的单桩式风力机动力学响应具有一定抑制作用,此外相较于波浪载荷,风载荷为控制载荷;风载荷与风浪联合作用下风力机等效应力峰值位于塔顶与机舱连接处,波浪载荷风力机等效应力峰值位于支撑结构与桩基连接处;仅以风载荷预估风力机塔架疲劳寿命将导致预估不足;随着波浪载荷的增大,风力机失稳风险加大,波浪载荷不可忽略;不同海况下,风浪联合作用局部屈曲区域位于塔架中下端,在风力机抗风浪设计时,应重点关注此处;变桨效应可大幅降低风力机动力学响应、疲劳损伤及发生屈曲的风险。

基于混沌理论的地震诱导近海风力机动力响应研究

为探究极端环境下地震诱导大型单桩式近海风力机的非线性结构动力特性,以DTU 10 MW风力机为研究对象,构建地震-湍流风-波浪多物理场模型,研究其动力响应特性,根据混沌理论,采用相空间重构法和最大Lyapunov指数法,从定性和定量角度分析了单桩式近海风力机动力响应的混沌特性。结果表明:地震与环境载荷联合作用下,塔底位移最大值相比仅有环境载荷时明显增大,地震载荷主要影响塔架中部及底部动力响应,其诱导塔顶振动幅值较小;随地震强度的增加,塔顶流向及侧向加速度响应最大Lyapunov指数变大,混沌特性增强,塔顶稳定性减弱。

基于三维地震作用下桩-土耦合效应近海超大型风力机动力学响应研究

近海风力机的大型化更易受地震侵袭,地震能量通过土基传递至结构,以准确的桩-土耦合效应模型考虑三维地震诱导的动力学响应十分必要。为此,以超大型DTU 10 MW单桩式近海风力机为研究对象,基于p-y、t-z及q-z曲线和非线性弹簧建立桩-土耦合效应模型,选取实测地震位移数据为地震作用于风力机,采用有限元方法对不同桩-土耦合效应模型的单桩式风力机动力学响应进行研究。结果表明:采用集中质量点模拟叶片等上部结构的简化模型与风力机整机结构动力学特性差异较小,垂向桩-土耦合效应加剧了前四阶模态相对位移且改变三阶及四阶模态振型,垂向桩-土耦合效应使得塔架固有频率远离共振频率,安全裕度更大;桩周土摩阻力和三维地震作用下桩-土耦合效应加剧塔顶加速度响应波动及峰值,峰值分别增加49%及124%,标准差分别增大2%和52%,且流、横及垂向塔顶加速度响应也剧增,横向增幅最大,分别增大209%和318%;若仅以p-y曲线及p-y、q-z曲线构建桩-土耦合效应模型,将导致对地震作用下风力机动力学响应的评估不足;支撑结构最大等效应力在考虑垂向地震作用下的桩-土耦合效应后大幅降低,最大降幅为566%;三维地震作用下桩-土耦合效应加剧桩基及其各高度处位移响应。

一种热电协同增强的固体氧化物燃料电池新型连接件的数值模拟

热管理技术的发展对于固体氧化物燃料电池(solid oxide fuel cell,SOFC)产业化具有重要意义。目前 SOFC 热管理的主要方法为在阴极通入过量空气,以空气带走电池的产热。由于空气的比热容较小,这种热管理方法 导致较高的额外功耗。因此基于氨气裂解吸热效应,提出一种新型连接件,通过平衡局部氨气裂解吸热量与电 化学反应放热量实现 SOFC热管理。数值模拟结果表明,相比于过量空气的热管理方法,新型连接件使电池的最 大温度差降低了 80.2%,使电池性能提高了 23.1%,证明了新型连接件具有热电协同增强的潜力。

《我的叔叔于勒》续写

哲尔赛岛旅行，不明情况的姐姐和姐夫玩得开心极了，而父母则在不安和失望中度过。直到回家后父母的沮丧不安才略有缓解。