海上风机支撑结构承载性能试验研究

基于波流水槽开展的模型试验,设计了风机支撑结构受到水流、循环荷载、无水和静水环境条件等工况,获得了单向流作用、循环荷载作用以及单向流与循环荷载共同作用等不同荷载组合下风机支撑结构的承载性能.结果表明:循环荷载作用下风机支撑结构在无水条件下的产生的累积位移是静水条件下的46.12%,单向流和循环荷载共同作用时,支撑结构累积位移较单独荷载作用效果叠加时增加了60.84%.在有水的环境和多种荷载共同作用下,风机支撑结构承载性能有明显降低,因此,在海上风机结构设计和安全评估时应考虑多种荷载共同作用的影响.

海上风机支撑结构极端工况非线性力学特性分析

海上风机支撑结构受力复杂,对海上风机支撑结构极端事故工况开展非线性力学特性分析,对优化结构设计和降低整个风场运营成本具有重要意义。本文利用非线性有限元动态响应分析方法,考虑结构中所涉及到的材料微观损伤、多类构件约束关系和整体结构特征,利用高强钢材微裂纹和微孔洞融合扩展的Gurson-Tvergaard-Needleman损伤演化模型,实现了风机基础与塔架的材料损伤、构件破坏与结构承载的耦合模拟。从分析结果可以看出,在极端事故工况中,螺栓位置率先出现损伤破坏,塔筒的螺栓连接为整个风机支撑结构的薄弱环节。基于本文的分析,含有损伤的非线性结构动力学方法,可以用来评估老旧风场风机基础支撑结构的安全,同时能够开展结构事故的反演分析,为修复和后续的设计提供参考。

基于AK-SS-CSM的海上风机支撑结构抗震可靠度分析

为探讨地震荷载和结构抗力的不确定性对海上风机支撑结构抗震性能的影响,采用OpenSEES软件建立了塔筒-桩基础-土体非线性数值简化模型,将基于Kriging模型和子集模拟法的主动学习可靠度方法(AK-SS)与能力谱法(CSM)结合,研究了不同地震影响工况下支撑结构在寿命期内的可靠度变化,并探究厚度、埋深、直径以及砂土内摩擦角对结构可靠度的影响。结果表明:AK-SS相比于子集模拟法(SS)等其他可靠度计算方法计算更准确、高效;振型组合分布加载模式(SRSS)适用于由多阶振型控制的海上风机支撑结构;罕遇地震工况为结构的危险控制工况,泥面位移超过临界值为主要失效模式,但对于任一失效模式结构在服役期结束之前均满足目标可靠度要求;与埋深等因素相比,基础厚度、基础直径为结构抗震性能的控制因素,设计时应合理选择桩基础的几何尺寸。

海上风机支撑结构的时域和频域疲劳对比研究

对海上风机支撑结构进行动力响应分析,求出结构危险节点的载荷谱和功率谱密度函数,结合疲劳损伤模型和Dirlik概率模型,分别在时域和频域内对支撑结构进行疲劳寿命分析。由于时域法计算疲劳寿命需进行应力循环计数,这一过程需处理的数据庞大,耗时长。频域法省去应力循环计数,代之以概率密度函数,可相对准确、快速地计算结构的疲劳寿命。分析结果表明,采用Dirlik概率模型的频域分析法能较准确地反映海上风机支撑结构在随机载荷作用下的疲劳损伤情况,计算结果误差在可接受范围内。

风机支撑结构疲劳研究进展

风机支撑结构的疲劳问题已经在行业内引起广泛的重视,近年来众多学者开展了对支撑结构疲劳性能的研究,为给支撑结构疲劳性能的研究工作以及支撑结构疲劳设计提供参考和依据。本文对陆上、海上风机支撑结构疲劳性能的研究进展分类进行了总结与评价,择要论述了有关支撑结构关键部位疲劳性能的研究。通过回顾以往的工作,对当下风机支撑结构疲劳研究领域做出了展望,为有关风机支撑结构疲劳方面的研究工作、工程设计和规范制定提供参考。