水电站水机电联合过渡过程模型试验相似律的研究

相似律是开展模型试验的首要条件。本文从水电站的水机电系统数学模型出发,利用方程式法推导建立了完整的过渡过程模型试验相似律,推导的过程中对调速器、采用三阶发电机模型并考虑励磁系统、负载与网络的电气系统进行了重点研究。然后结合水机电相似律提出了满足模型发电机同步转速要求的变频控制方法和满足电气设备标准电压要求的变压控制方法,并从理论上揭示了模型调速器与原型调速器具有相同的内回路稳定条件。

防波堤水力模型实验的相似律

本文通过对防波堤堤身内水流阻力规律的探讨,提出堤身水流的两个相似条件,并对三个模型试验实例的相似条件进行验算分析。作者认为,为了保证防波堤模型试验的相似性,设计模型时必需既要考虑重力相似,又要考虑块石孔隙水流阻力系数相似。

海上风机整体结构动力模型试验设计

基于弹性相似律和佛汝德数(Froude)相似得到水弹性相似律,并考虑弯曲刚度相似,给出海上风机整体结构各参数原型和模型之间的相似关系。以NREL 5MW基准风机和5桩基础结合建立的海上风机整体结构为背景,根据相似律完成海上风机整体结构的模型设计。使用SACS软件分别建立海上风机原型和模型的数值模型,开展动力特性和在风机荷载作用下的结构响应分析,依据数值分析结果进行相似律的验证。

轨道-箱梁耦合振动模型试验设计与验证

为研究基于模型试验的轨道-箱梁耦合振动反演方法,从理论上探讨多层结构层间耦合相似关系,根据弹性力相似律和相似π定律,设计、制作几何相似比为101的轨道-箱梁耦合相似模型,分析轨道板密度和弹性模量、扣件刚度、CA砂浆层刚度等参数对系统相似性的影响。通过模态试验、有限元法验证模型设计的正确性及原型与模型间的相似关系。结果表明,通过模型试验方法,依据模型与原型间的相似关系反演现场不同工况条件下的振动水平;当某一结构层在荷载方向上的几何尺寸远大于其他结构层时,依据弹性力相似律,原型与模型间的耦合相似关系可由箱梁材料参数导出;轨道板密度及弹模变化,对结构前五阶模态影响误差最大为0.033%;在200~500 Hz范围内,扣件刚度、CA砂浆层刚度变化对箱梁振动加速度的最大影响分别为2.542%、4.326%。

海上电气平台动力模型试验设计

为了满足海上大型风电场的开发需求,有必要建立系统的海上电气平台设计和安全评价体系,其有效性需要通过海上电气平台整体结构动力模型试验进行验证。联合考虑弹性相似律和弗劳德数(Froude)相似得到水弹性相似律,以水弹性相似律为基础得到电气平台各参数之间的相似关系,完成海上电气平台整体结构试验模型的设计。在海上电气平台动力模型试验中引入水弹性相似律保证了结构原型与模型间的动力特性以及水环境的相似关系;并通过引入牛顿相似律对冰荷载进行了相似转换。采用海洋平台分析软件SACS分别建立海上电气平台原型和模型的有限元数值模型,开展原型和模型结构响应分析和动力特性分析,同时依据数值分析结果对水弹性相似律进行了验证。

地震荷载作用下海上风力机结构动力模型试验

综合考虑弹性相似律和佛劳德数（Fr）相似开展固定式多桩基础海上风力机结构动力模型试验,研究海上风力机整体结构在地震、风、波浪及海流单独及联合作用下的结构动力反应。运用ANSYS建立试验模型的有限元模型,将实测的地震波、风荷载和波高时程等荷载条件施加于数值模型,开展动力时程反应分析。通过试验数据与有限元结果的对比分析得出,在进行地震荷载作用下海上风力机结构动力反应分析时,需要考虑风、波浪等荷载因素的影响;地震、风、波浪荷载之间的耦合作用对结构内力反应具有显著影响,特别是当设计地震峰值加速度较小时,风与波浪荷载作用下的结构内力反应与地震荷载作用时效果相当。

地震荷载作用下海上电气平台动力模型实验

基于水弹性相似律,完成相似比尺为1∶30的海上电气平台结构动力实验模型的设计。以实测地震动和人工合成地震动作为激励,开展不同地震波作用下的结构动力模型实验。运用ANSYS开展地震荷载作用下的结构动力时程响应分析。通过实验数据与有限元结果的分析对比得出,在较小地震荷载作用下,结构反应极值与地震峰值加速度之间表现为线性关系。随着地震峰值加速度的增加,水-结构的非线性效应不断增强,导致结构反应极值呈现出非线性变化趋势。因此在极端地震荷载作用下,水-结构的非线性影响不可忽略。由结构的频域反应可知,结构的频域响应与结构自身的动力特性和激励地震波的频谱特性密切相关。