风电场脉动风模拟及风机塔架动力响应研究

为掌握风载作用下风机结构的动力学特性,采用Davenport脉动风功率谱,基于Shinozuka理论模拟某沿海风电场的脉动风速谱;采用Shiotani简化表达式,以相关系数矩阵考虑脉动风竖向相关性,推导空间脉动风随机过程表达式。建立风机塔底固接和考虑桩基刚度的两种有限元模型,计算自振特性和模拟风载作用下的动力响应。结果表明,该模拟方法能较好地反映风电场实际风况;风机结构自振周期与脉动风变化周期处于同一量级,两者接近时易产生顺风向振动和涡激振动;结构的低阶振型对风致动力响应有重要影响;考虑脉动风效应后,作用于风机上的风荷载和动力响应显著增大。该文成果为进一步开展风机结构的疲劳评价、振动控制及破坏分析奠定基础。

高层钢框架预应力索支撑结构脉动风模拟AR模型参数分析

以高层钢框架预应力索支撑结构为例,研究了应用AR模型进行脉动风模拟时,模型的2个关键参数——时间步长、时域点数的取值对模拟结果的影响.在讨论基于AR模型的脉动风模拟方法的基础上,利用有限元软件Sap2000建立结构模型,利用Matlab编制AR算法程序,分别选用不同的时间步长、时域点数对结构进行脉动风速时程分析,将生成的脉动风速功率谱曲线与目标谱进行对比,根据曲线吻合情况确定参数的合理取值范围.结果表明,时间步长的取值对AR模型模拟结果有较大影响,其最优值域为0.10～0.18 s,超出这一范围均会导致功率谱曲线与目标谱偏离,降低模拟精度；时域点数对AR模型模拟精度的影响较小,可根据工程需要选择时域点数.

三维脉动风模拟技术在大跨机库风振分析中的应用

风荷载在大跨度屋盖结构设计中往往起主要作用,这使得该类结构的风荷载及风致动力响应研究日益受到关注与重视。结合大跨度机库屋盖表面脉动风作用特点,依据改进的Iwatani线性回归滤波器法并结合中心采样定理,实现了基于Matlab的超大跨度网架结构三维空间相关脉动风速时程模拟。以Davenport谱为目标谱对首都机场六机位机库网架所有上弦节点位置处的随机脉动风速时程进行了模拟。进而结合风洞试验数据,依据屋盖各节点风压系数将模拟的风速时程加载于机库结构并进行风振响应时域分析,以研究三维脉动风作用下超大跨度机库屋盖结构的响应特点。分析结果表明本文模拟空间随机脉动风的方法可以较好地考虑大跨机库表面的脉动风特点,为结构的风振时域分析提供准确的荷载时程。

大跨径悬索桥施工期桥塔脉动风速场模拟

针对大跨径悬索桥施工期桥塔的结构形式及振动形态特点,考虑结合自然风的时间和空间相关性,提出了一种比较精确的三维脉动风速场模拟方法.基于谐波合成法,采用Cholesky方法对谱密度矩阵进行分解,并运用FFT技术,以某大跨径悬索桥施工期桥塔为工程实例,使用MATLAB编制了脉动风速场模拟程序,并对模拟样本进行检验,结果表明模拟值与目标值吻合良好.

重庆某高层建筑脉动风荷载模拟

结合重庆某高层建筑,将建筑等效成二维离散模型,采用Davenport风速谱模拟作用在建筑物上的风荷载。分别采用星谷胜和Shinozuka对于风荷载模拟的理论,模拟出脉动风荷载时程曲线,并对两种理论模拟结果进行比较。

基于AR模型方法的多维脉动风荷载时程的模拟

研究了脉动风荷载基于AR模型的数值模拟方法。依据脉动风荷载的功率谱密度函数,探讨了AR模型方法实现考虑空间相关性影响的水平脉动风荷载的模拟方法。算例表明,该方法计算简洁高效,模拟结果能够精确反应脉动风的频谱特性。

大跨径悬索桥考虑桥塔影响的猫道三维脉动风速场模拟

针对大跨径悬索桥施工期猫道与桥塔的结构形式及振动形态的特点,结合自然风的时间和空间相关性,提出了一种比较精确的三维脉动风速场模拟方法,其中着重考虑了桥塔与猫道之间相互影响以及脉动风的空间相关性的影响。基于谐波合成法,采用Cholesky方法对谱密度矩阵进行分解,并运用FFT技术,以某大跨径悬索桥施工猫道为工程实例,使用MATLAB编制了脉动风速场模拟程序,并对模拟样本进行检验,结果表明模拟值与目标值吻合良好。

脉动风作用下电视塔桅杆结构TMD控制的惯性质量与位置优化

本文以深圳市梧桐山电视塔桅杆结构风振控制项目为背景,分析了风荷载的动力特性,给出了脉动风荷载的模拟方法;采用调谐质量阻尼控制方法和线性吸振、非线性耗能的结构控制策略,对控制装置进行了系统设计,分析了装置的惯性质量效应并提出了装置的优化布置方法;在模拟脉动风荷载作用下采用振型分解和时程分析相结合的方法,对结构进行动力分析和振动控制效果计算,为TMD高耸结构抗风设计提供了依据。

大型风力机塔架在脉动风下的动力响应特性研究

采用Kaimal脉动风功率谱,考虑脉动风的空间相关性,采用AR模型模拟风电场脉动风速时程,并验证脉动风速谱与目标谱的一致性;通过有限元方法计算风力机塔架结构在风载荷作用下的动力响应特性。计算结果表明:AR模型对实际风场风速进行有效模拟,考虑脉动风的影响,塔架的风振响应显著增加;随着风速的增加,塔架的振动也随之增加,这为风力机塔架的风致响应分析和抗风研究提供了实用方法。

考虑风脉动特性的隔震结构抗震抗风性能分析

采用隔震技术的结构虽可以减少结构在地震作用下的响应,但却使其进入了风荷载敏感区。在强气流作用下,隔震层的位移和结构加速度可能会远远超过其限值。本文以我国荷载规范所选用的Davenport谱为目标,运用基于三角级数的谐波叠加法模拟脉动风速时程,针对我国东南沿海某市一幢5层钢筋混凝土框架住宅,对其在强风荷载和8度地震作用下的性能进行了对比分析。结果表明,8度常遇地震作用下隔震层的位移与50m/s风速作用下的位移相当,而8度罕遇地震作用下隔震层的位移则略大于风速70m/s时的位移。地震作用下结构顶层的加速度远大于风荷载作用下的加速度,但当风速达到30m/s时,其加速度就已超过我国荷载规范所规定的人体舒适度限值。

结构的脉动风荷载模拟方法探讨

文章首先介绍了风荷载的基本特性,给出了人工生成随机序列的风荷载模拟方法,并讨论了它的优缺点,提出了风荷载模拟中有待解决的问题。

脉动风作用下气象钢塔的结构风振响应研究

以脉动风作用下沿海某气象钢塔的风振响应为研究对象,采用谐波叠加法对脉动风载荷进行模拟并验证其有效性,得到作用于气象钢塔各层上的脉动风载荷时历。建立塔架结构的空间三维有限元分析模型,进行有限元仿真,采用时域方法计算钢塔的风振动力响应,为气象钢塔的前期设计和振动控制提供必要的技术参考。分析结果表明,在50年一遇风载荷作用下,该气象钢塔的最大风振位移为0.013 m,在规范要求范围内,塔架设计具有合理性。

脉动风作用下高耸塔结构风振响应研究

根据脉动风的特性对脉动风荷载进行模拟并验证其有效性,得到作用在高耸塔结构上的脉动风荷载时程样本。在此基础上,建立塔结构的空间三维有限元模型,采用时程分析方法计算塔结构的风振动力响应。结果表明脉动风作用下高耸塔结构顶部风振响应较大,因而需要采取有效措施抑制其风振响应。

风力发电机组风场模拟

为考虑风力发电机组桨叶旋转效应,准确确定作用在桨叶风荷载,研究基于旋转样本谱进行风场模拟的问题。基于旋转样本谱的物理机制,从脉动风速Fourier展开的角度出发,首先推导脉动风速Fourier展开系数互谱,结合δ函数的性质,提出基于物理机制的旋转样本互谱模型,并与旋转样本自谱共同构建了旋转样本谱矩阵。以旋转样本谱矩阵为基础,通过对其进行Cholesky分解,依据谱表现法实现风力发电机组脉动风场模拟。最后,结合典型的1.25MW三桨叶变桨距风力发电机组进行纵向风速场数值仿真。研究表明,该算法可以准确地模拟给定风环境的风力发电机组脉动风速时程。

基于时域法的不同塔架风力机抗台风分析

为探讨不同塔架形式风力机的抗台风性能,基于Abaqus有限元软件建立4种不同塔架形式的风力机一体化模型,用自回归(AR)法对脉动风时程进行模拟,分别进行了模态分析和台风时程分析.结果表明,风轮和机舱对风力机自振频率的影响较大;钢筋混凝土锥筒塔架的最大顺风向位移随台风风速的增加呈平缓线性增加趋势,而其他3种塔架的位移随风速的增加表现为非线性增加.钢管格构式塔架为轻型柔性结构,其风载响应最为显著,钢锥筒塔架次之,而钢筋混凝土塔架因具有较大的自重和刚度,其位移响应最小,抗风性能较好.

高层隔震结构风振研究

为研究高层隔震结构的风振响应,采用线性回归滤波器法模拟脉动风速时程,并将其与平均风速转化为风压时程输入某25层高层隔震结构,对比结构在20年、30年和50年一遇风荷载下的抗风稳定性,并分析结构在地震中的减震性能。结果表明,为保证高层隔震结构在地震中有一定减震性能,要使隔震层满足遭遇50年一遇的风荷载不屈服较为困难,因此,本文建议考虑隔震层遭遇20年～30年一遇的风荷载不屈服,而高层隔震结构顶部风振加速度一般可以满足人体舒适度指标。

大型风力发电机组塔架的风振响应分析与风振系数确定

采用线性滤波法,根据Davenport风速谱,得出塔架的脉动风速时程曲线及功率谱曲线;建立简化模型,对单管塔和组合塔架进行脉动风时程分析,得出塔架的脉动风振响应。采用阵风荷载因子法,对风振分析结果进行处理,得到塔架的位移风振系数及荷载风振系数。

输电塔—覆冰导线耦合体系非线性动力响应分析

为了全面准确的了解输电线路塔线耦合体系的动力特性以及覆冰导线的非线性舞动响应,建立了"三塔两线"的空间有限元模型.选用风工程界广泛应用的Davenport脉动风速谱,叠加相应位置的平均风速,模拟风速时程.运用现有的新月形覆冰计算模型,采用时程分析法分别对单塔、无覆冰塔线体系以及不同攻角下的输电塔-覆冰导线体系进行了风荷载作用下的动力响应分析,同时对输电塔、导线位移,钢材应力进行了对比分析.研究结果表明:覆冰对于塔线耦联体系有一定的影响,研究输电塔-覆冰导线耦合体系中的非线性舞动尤为重要.

考虑土-结相互作用大型风力发电结构风致响应分析

以南京航空航天大学自主研发的某5MW大型风力发电结构为研究对象,建立考虑叶片离心力的"叶片-机舱-塔架-基础"一体化有限元模型,并通过在基础和土体交界面上设置质量弹簧和阻尼器来考虑土-结相互作用(简称SSI)效应;然后基于谐波叠加法和改进的叶素-动量理论模拟考虑旋转和相干效应的风力发电结构脉动风场;最后进行风力发电结构的风致响应分析。结果表明考虑SSI效应的大型风力发电结构风振响应具有多振型响应和多模态耦合特性,叶片和塔架的风致背景、共振响应及其耦合项作用机理不同。研究认为SSI效应对大型风力发电结构的风致响应影响明显。

碟式太阳能光热发电系统机架结构风振响应的时域分析

针对大型碟式光热系统抗风运行的机架风致振动问题,以研制的25 k W级碟式机架为对象,阐述了复杂机架结构的有限元建模方法,并通过静力承载和机构传动角的分析,指出了高度角驱动机构的不足并予以改进,进而对比分析了改进前后机架多高度角工况的自振特性;基于线性滤波AR法模拟得到25组工况的脉动风载荷(平均风速16.0m/s),开展了改进机架的风振时域求解。分析了机架关键节点的位移响应均方根和峰值分布特征,并对典型工况的机架位移响应进行频谱分析,给出了各工况机架关键节点的位移风振系数,为机架结构设计提供参考。结果表明,机架结构位移响应是以脉动载荷的强迫振动为主,并伴有多阶振型参与的共振响应;机架控制点的位移峰值和位移均方根的分布特征相似,且沿焦轴的响应分量均占主导地位,机架振动主要为机架视日部分绕高度角轴线的旋转运动。