高墩格构式支架风致响应和扭转效应分析

针对格构式高支架杆件长、直径小、整体结构轻极易受到风荷载影响的问题,采用有限元模拟的方法建立四腿和六腿格构式高支架精细有限元模型,并通过时域法对模型进行修正,得出格构式高支架在10级风荷载作用下的位移,获取风振系数并对扭转响应和扭转风荷载进行分析。结果表明,四腿单柱格构式高支架在10级风下纵桥向的最大位移为85.9 mm,六腿格构式高支架在10级风下纵桥向的最大位移为42.8 mm,精细有限元模型可以很好地模拟两种不同工况下风荷载对杆件的影响。

双馈型风电机组传动链降载控制技术研究与仿真

为定量研究双馈型风力发电机组传动链的扭振控制,提出了一种基于卡尔曼滤波的反馈控制策略,并通过仿真计算的方式对比了传动链扭振的控制效果。以7.0 MW双馈型风力发电机组传动链为研究对象,采用卡尔曼滤波估计传动链扭振角度,并以低速轴扭振速度估计值为参考设计了发电机附加电磁转矩作用于风电机组转矩控制,与虚拟阻尼控制、无阻尼控制进行了20年全生命周期内的载荷与发电量计算对比。结果表明:经过卡尔曼滤波估计的低速轴扭角与实际值的相关性可以达到0.99;基于卡尔曼滤波的反馈控制分别与虚拟阻尼控制、无阻尼控制的关键差异为,传动链低速轴等效疲劳载荷分别降低2.11%、4.89%,传动链高速轴等效疲劳载荷分别降低1.99%、4.78%,发电量分别降低200、700 k W·h。卡尔曼滤波对传动链扭角估计较准确,且以卡尔曼滤波估计得到的低速轴扭振速度设计的附加电磁转矩对传动链扭振具有非常好的抑制效果。

高层建筑的扭转风荷载功率谱密度

利用高频天平技术,在四种不同风场中对13种不同尺寸的矩形超高层建筑的刚性模型进行了风洞试验,测量了这些模型的基底扭矩,即一阶广义扭转风荷载,考察了风场类型、模型长细比、厚宽比对高层建筑扭转广义风荷载谱的影响,并拟合出一个以风场类型、模型长细比、厚宽比为参数的高层建筑扭转广义风荷载谱的闭合表达式.通过与国外有关文献给出的结果的对比,验证了拟合公式的精度.

X型超高层建筑扭转风荷载谱计算模型研究

通过X型超高层建筑模型多点同步测压风洞试验,文中研究了高层建筑扭转风荷载系数平均值、均方根值沿高度的变化规律。提出了X形高层建筑扭转动力风荷载功率谱密度函数的数学计算模型,并根据试验数据对模型参数进行了拟合,结果表明该计算模型与风洞试验结果吻合较好。文中还探讨了各层扭转动力风荷载的相干特性,以Vickery提出的尾流激励相干函数公式为计算模型,根据风洞试验数据利用最小二乘法拟合了模型参数,并给出拟合的计算参数。文中最后研究了扭转风荷载与顺风向、横风向风荷载的相干性,并提出了相应的数学计算模型,结果证明该模型与试验数据基本一致。

高层建筑风荷载计算中的基本振型表达式分析

通过对大量实测和计算数据的分析和拟合 ,得出了合理的高层建筑平动和扭转基本振型解析函数曲线 ,可为补充和修改我国高层建筑设计规范风荷载条文中的振型表达式提供参考 .同时 ,实例分析表明 ,在高层建筑的初步设计阶段 ,上述振型曲线在风荷载计算中的应用 。

不规则结构扭转风荷载

对具有"靴型"造型的超高层建筑进行多点同步测压风洞试验,详细研究该类建筑的扭转风荷载.引入扭转向等效力偶的概念,比较扭转向等效力偶与水平风荷载之间的大小关系.结果表明:等效力偶与水平风荷载量级相当.比较分析各测点层平均和均方根扭矩系数随风向角的变化关系,发现两者都与截面的厚宽比有着密切的联系.最后,采用最小二乘法对超高层建筑扭转层风荷载规格化功率谱曲线进行了拟合,并通过拟合曲线直观反映了扭转风荷载受层高、厚宽比等参数的影响规律.

随机风载荷对双馈风电机组轴系扭振响应分析

考虑到风电机组柔性传动链在风速持续扰动中易产生机组扭振,研究随机风载荷作用下双馈风电机组扭振响应、扭振传递规律及关键部件的影响程度。首先,考虑叶片、齿轮箱和发电机等关键部件,采用集中质量法,建立双馈风电机组传动链等效3质量块模型。其次,基于小信号分析法对柔性传动链的扭振模态、扭振频率及参与因子进行分析,获取其模态振型图。最后,基于Simulink软件平台,建立考虑随机风载荷作用和传动链柔性的双馈风电机组时域仿真模型,仿真分析在亚同步、超同步工况下的机组轴系扭振响应,并与理想风载荷作用效果进行比较。结果表明:与理想风载荷相比,随机风载荷作用对机组传动链轴系扭振响应影响明显,且在超同步或亚同步运行时,影响扭振的关键部件为发电机转子。

矩形高层建筑扭转向风振响应简化计算

目的研究在风荷载作用下计算独立矩形高层建筑扭转风振响应与扭转动力风荷载的经验公式.方法结合随机振动理论与结构动力学知识,采用频域法建立了矩形高层建筑扭转向风振响应积分计算方法.进而通过必要的假定,将复杂的积分计算公式简化为简单的代数运算公式.为了减小在公式简化过程中采用的假定带来的误差,引入了误差调整系数.并通过对不同地貌条件下各种长宽比、高宽比和频率的建筑物的误差调整系数的分析,得到了结构的误差调整系数随各参数的变化规律,最后采用最小二乘法拟合得到了误差调整系数的公式.结果得到了矩形高层建筑扭转向风振响应计算的经验公式.结论由经验公式计算得到的结构响应与由积分方法计算得到的响应很接近,总体的相对误差基本上在5%以内,说明简化经验公式有较高的精确度.

基于状态反馈的双馈风电机组传动链动态扭转载荷控制

针对恒转矩控制时传动链阻尼小、扭转载荷大会降低机组传动链上关键部件使用寿命的问题,设计基于状态反馈的传动链动态扭转载荷控制器,使等效在轴上的发电机转速更好地跟踪风轮转速,从而减小低速轴扭矩,实现传动链的动态扭转载荷控制。利用FAST和Matlab/Simulink软件对机组模型和控制器进行联合仿真,结果表明所提出的方法能有效降低双馈风电机组传动链的动态扭转载荷。

内、外混合激励下风力机主传动系的扭振响应分析

针对某1.5兆瓦双馈风力发电机组,采用集中质量法建立了其主传动链的平移-扭转耦合动力学模型,通过傅里叶级数模拟各齿副的时变啮合刚度,并综合考虑轴承支撑刚度、轴的扭转刚度等内部激励,以及时变风速引起的叶轮扭矩激励,仿真获得了各级传动齿轮的扭转振动响应特征。结果发现,各齿轮副的啮合频率在扭振响应谱中均清晰可见,数值与施加的刚度激励相吻合,表明仿真结果真实、可信。通过对比各级齿轮的响应幅值和变化趋势,发现风力机的结构振动由低速级向高速级逐渐增大,其中以高速轴齿轮的扭振响应最为突出。

输电塔扭转响应和扭转等效风荷载的计算方法

针对输电塔的扭转效应,提出顺线路方向扭转响应和扭转等效风荷载的理论计算方法,分析扭转模态和相干函数对扭转响应的影响,进行气弹模型风洞试验以验证计算结果的准确性,给出同时考虑扭转与平动的风振系数计算公式.结果表明:所提出顺线路方向扭转响应计算方法与风洞试验结果非常接近,计算方法的准确性得以验证;扭转响应计算中应同时考虑水平向与竖直向的相干函数;顺横担方向来流时的扭转响应理论计算结果小于风洞试验值,原因是此时杆件间的遮挡效应产生特征湍流;塔身的扭转放大系数可忽略,横担的扭转放大系数不可忽略,最大值为1.1.

三角形钢管塔架风载扭振分析

三角形钢管塔架是小型塔架的优选结构型式 ,但存在易产生风载扭振的缺点。通过建立与风向同相位活动坐标系的方法 ,实现了对任意风向下结构风载的分析与计算 ,给出了该塔架风载扭矩的表达式。计算表明 ,以风向变化 6 0°为周期 ,该扭矩在正、负最大值间波动。扭矩的这种变化即是塔架产生扭转振动的原因。阵风风向的急剧变化可能导致塔架发生扭转共振。作为防范结构损坏的基本措施 。

基于状态反馈的风电机组变桨距转矩联合控制技术研究

利用现代控制理论,设计了基于扰动校正的线性二次型变桨距控制器,避免变桨距执行机构频繁动作,同时实现了传动链扭矩的最优控制;设计了基于极点配置的转矩控制器,提高传动系统阻尼,抑制转矩波动。进行变桨距和转矩的联合控制,共同减小传动系统的动态扭转载荷,通过FAST和MATLAB软件进行仿真验证,仿真结果表明,通过联合控制可以实现传动系统的动态扭转载荷控制,提高机组可靠性,延长关键部件使用寿命。

风荷载下轻质木框架房屋结构的有限元分析

轻质木框架房屋墙体主要承受竖向荷载以及地震或风作用下的水平荷载.作者利用ANSYS软件对风荷载作用下轻质木框架房屋进行有限元模拟,通过模拟分析剪力墙体中水平剪应力分布状况,发现在风荷载直接作用下与风荷载方向平行的墙体(纵墙)起到主要抗剪作用,与风荷载方向垂直的墙体(横墙)所起的抗剪作用较小;如果墙体中存在洞口,则洞口上方墙体可以承担和传递剪力;如果房屋结构重心与平面形心不重合,则风荷载作用下房屋结构体系会产生扭转,扭转产生的附加剪应力使得部分墙体中剪应力增大.

浅议高层建筑抗风的技术问题及对策

高层建筑横风向、扭转向风荷载及群体建筑干扰效应可能引起较大的风致响应。本文综合分析了高层建筑受风荷载的特点,对不同的抗风要求提出了针对性的抗风措施。研究和工程实例表明,通过改变建筑外形或结构动力特性可有效改善高层建筑受风环境,从而降低建筑风致响应。

某超高层建筑风致结构响应结果的分析

广州良业大厦项目,塔楼2、塔楼3高度约150m,结构平面形状原为矩形,后修改为切角三角形,项目前后进行了两次风洞试验。对风洞风荷载、规范风荷载及结构响应进行了详细比较研究,指出超高层建筑中横风向风振和扭转风振等效风荷载对结构楼层位移角和构件内力的影响显著。同时总结了应用风洞试验数据和确定地面粗糙度类别的的注意事项。

长横担输电塔扭转向等效静力风荷载

为研究长横担输电塔扭转向等效静力风荷载的计算方法。以弹簧-多质点模型为基础提出了多自由度扭转向振动方程,并从频域角度对方程进行求解;在考虑一阶扭转振型贡献的基础上,采用惯性风荷载法提出了扭转向等效静力风荷载的计算公式;基于塔架结构顺风向体型系数及准定常理论,对塔架节段的扭转向风荷载谱进行推导;针对直流输电塔特有的几何构型及动力特性,提出简化模型并对振动方程及风荷载谱的计算公式进行简化;以准东-华东±1100 kV输电工程角钢塔为例,将采用上述方法的得到的输电塔主材、斜材及横隔材轴力与动力时程分析及我国规范方法的计算结果进行对比。结果表明,与规范方法相比,上述方法能提高主材、斜材和横隔材的设计可靠度,特别对塔身斜材及横隔材的可靠度提高较大,分别达98.5%及89.8%以上。

带弹性负载的直流电机试验建模和PID控制

对多质量弹性扭转电机控制试验装置的扭振特性进行了研究,发现其存在建立数学模型困难和无法保证电机稳定运行等问题,因此,提出了控制性能参数试验建模的计算方法和PID整定的振荡特性对消控制方法。经计算机仿真试验和多质量弹性扭转电机控制试验装置试验证实,所提出的控制性能参数计算试验建模法简单有效,所提出的振荡特性对消PID整定法切实可行,为带弹性负载的电机建模和控制提供了一种解决方法。

±1100kV特高压输电塔风振响应频域分析

为研究扭转振型对长横担输电塔振动响应的影响,在考虑风速水平空间相关性的基础上,采用有限元频域方法分析准东—华东±1100 kV输电工程角钢塔风振响应。首先,对比频域和时域方法得到的节点位移功率谱曲线及节点位移均方根,验证有限元频域方法的准确性;其次,分析弯曲振型、扭转振型及高阶弯曲振型对输电塔节点位移、节点加速度、杆件轴力和基底反力均方根的贡献;最后,在考虑扭转振型贡献的基础上,计算扭转向等效静力风荷载,并对比扭转静力风荷载、规范方法及频域方法得到的杆件轴力。研究结果表明:扭转振型对塔身下部及横担端部节点位移、横担端部节点加速度、塔身斜材轴力及基底反力均方根影响较为明显;高阶弯曲振型对塔身下部节点加速度均方根影响较为明显;与频域方法相比,规范方法得到的主材轴力偏大2.2%左右,斜材轴力偏小16.1%~92.5%,说明规范方法对主材的保证率较高而对斜材的保证率较低;考虑扭转静力风荷载后,主材轴力偏大6%左右,斜材轴力偏大0.1%~15.8%,说明扭转静力风荷载能够在不明显提高主材轴力的基础上有效提高斜材的保证率。在类似长横担输电塔设计中应考虑扭转静力风荷载的影响。

风电机组叶片载荷发散问题研究

针对147 m风轮直径2.5 MW风电机组的配套叶片在设计开发过程中出现的载荷震荡发散现象,通过对叶片载荷和机组坎贝尔图分析,阐述了发散的原因和机理。机组在12P频率附近若存在负阻尼,在额定风速附近时,机组会发生共振,导致载荷发生振荡发散。提出了采用调整叶片扭转刚度的改进措施,对叶片进行了调整,解决了发散的问题。