高压输电塔–线体系风致动力响应分析与优化控制

建立了输电塔–线耦联体系的空间模型,利用Davenport谱模拟了目标场地风场,采用线性弹簧模型与Maxwell模型相结合模拟调谐质量阻尼器(tunedmassdamper,TMD),采用考虑导线几何刚度时变性的非线性直接积分方法对有无TMD的单塔、塔–线体系风致响应时程分析,进行TMD调频参数优化控制计算,并比较了单塔与塔–线体系时程反应。分析结果表明,对单塔和塔–线体系优化控制,均可根据单塔模态分析得到的频率计算TMD优化参数;由于背景反应的增加,使得塔–线体系总反应比单塔有较大幅度增长。

膜结构风致动力响应数值模拟

许多工程领域中都存在流体-结构耦合作用现象,膜结构作为一种风敏感型结构,此现象在其风致动力响应方面表现更为明显。针对膜结构本身的特点,给出了流体-结构耦合作用下流体的基本控制方程的ALE(Arbitrary Lagrangian-Eulerian)描述、结构的基本控制方程和求解耦合方程的直接求解算法。采用Adina软件实现了简单张拉膜结构的流体-结构耦合作用风致动力响应数值模拟,并与已有风洞试验结果进行了比较。对比结果表明,给出的方法可以准确地计算出柔性结构考虑流体-结构耦合作用的风致动力响应,可为相关的科学研究和工程设计提供理论依据。

最不利风向作用下吸收塔风致动力响应

以某电厂660 MW吸收塔结构为研究对象,利用ADINA及FLUENT有限元软件对吸收塔结构开展了数值风洞分析。研究结果表明:对于该吸收塔结构,NE风向与180°风向属于最不利风向,0°风向时结构相对较安全;随着风速增大,加速度响应随塔高呈增大趋势,应力呈减小趋势,塔体下部开口位置有应力集中现象,且风速对结构应力和位移的影响较小;多塔结构之间有较强的相互干扰现象,风场上游结构的周围风场受下游结构影响较小,而下游结构周围风场受上游结构的影响较大。

考虑流体-结构耦合作用的大跨度栈桥结构的风致动力响应

采用ADINA有限元软件对某大跨度栈桥结构进行了流体-结构耦合数值模拟计算,得出该类结构的风致动力响应特性。研究了流场速度、压力,结构的位移、等效应力以及风振系数和风压分布系数。

变电构架避雷针结构的风致动力响应与加固分析

以某500 kV变电站构架避雷针结构为背景,建立了典型构架避雷针结构的有限元模型,对其进行模态分析、频域内的谐响应分析和不同风向角下结构的动力响应分析并与单根避雷针进行了对比。结果表明:设置避雷针的变电构架模态频率分布较为密集,振型主要以避雷针的局部振动为主。在设计风荷载作用下,典型构架避雷针整体结构的中间避雷针受力较为不利,避雷针和横梁的相贯T型节点处以及中间变截面处应力水平较高,说明其构造不合理,需要对上述部位进行加固处理。对比加固前后结构的风振动力响应可知,在T型节点处设加劲肋可有效减轻避雷针和横梁相贯节点处的应力集中现象。对比相同工况下结构的动静力计算结果,建议按照现行规范设计构架避雷针结构时,将拟静力分析结果乘以一个动力放大系数,以策安全。

阔叶林风场特性及风致动力响应的现场实测研究

强风对于单体树木和森林系统造成的损坏巨大,不可忽视。保障树木风致安全的首要问题是掌握强风下树木-风相互作用特性。特别是,树木的风致响应。基于此,以黑龙江帽儿山森林生态系统国家野外科学观测研究站的落叶阔叶林为研究对象,实测研究了三次强风时段的林间平均风与脉动风特性,分析了林中一棵白桦树的脉动风荷载及风致响应。研究结果表明:树木的扰动作用导致平均风随高度发生偏转,在冠层高度范围以内偏转梯度大,冠层高度以外偏转梯度较小;最大风偏转角度近似为67°。树木的扰动作用增加了冠层内风场的湍流强度,这一影响随着来流风强度的增加而增加。三次强风作用下,树木在脉动风作用下呈现出复杂的随机振动,振动响应的峰值频率与树木自由振动的峰值频率一致,与来流风的脉动风特性无关。阔叶树的机械传递函数的峰值频率与响应功率谱的峰值频率基本一致,树木风致响应的机械传递函数几乎与受迫阻尼谐振子的传递函数相同,这一点与针叶树具有相似的特征。

超高钢管支架风致动力响应分析与数值模拟

以重遵扩容项目工程为依托,采用流体力学软件ANSYS Fluent虚拟风洞,计算出超高钢管支架周围流场特性和三分力系数;基于谐波合成法采用Kaimal沿高度变化的风速谱,使用MATLAB对高桥上任意点进行横向脉动风速的模拟,将脉动风荷载施加到Midas Civil建立的超高钢管支架动力学模型,以研究脉动风对超高钢管支架的风致振动响应.研究结果表明:其升力系数、升力矩系数和阻力系数分别为0、-100和400,流场性质也与理论相符合.对超高钢管支架的模态分析结果显示,贝雷梁比较容易发生扭转振动,无边界约束的钢管柱易发生横桥向的简谐振动,在搭设支架和混凝土浇筑的施工过程中要注意其质量,做到实时监控,以免发生破坏而造成较大的事故.通过计算超高钢管支架的动力响应得到支架的最大位移为0.4286 m,最大加速度为2.3149 m/s^(2).结果表明此超高钢管支架的动力响应产生的支架水平位移过大,应加强支架的稳定及限制其水平位移.

宁波地区输电塔风致动力响应分析

为了保障宁波地区输电塔在风载作用下的运营安全,利用ANSYS建立了ZM4直线型输电塔有限元模型,基于MATLAB采用谐波叠加法生成了脉动风速时程,根据规范中规定的风速风载转换关系得到了风荷载时程,并将其加载到输电塔有限元模型进行风振响应分析,得到了位移时程曲线。结果表明:随着输电塔高度的增加,其动力响应的最大位移值增大,输电塔整塔表现为位移上大下小的弯曲变形。

考虑流体结构耦合作用的单柱三面广告牌结构的风致动力响应

流体-结构耦合作用的力学问题是当前计算风工程领域的研究重点,针对当前广告牌结构风灾破坏的普遍性,采用ADINA有限元软件对单柱三面广告牌结构进行了流体-结构耦合风致动力响应数值模拟计算,得出了该类结构的风振系数和体型系数,可供工程参考使用。

考虑流固耦合作用的塔式钢烟囱风致动力响应

流体-结构耦合作用的力学问题是当前计算风工程领域的研究重点,采用ADINA有限元软件对塔架式钢结构烟囱进行了流体-结构耦合数值模拟计算,得出了该类结构的风振系数和风压分布系数,可供工程参考使用。

基于风时程模拟的高耸结构风致响应有限元分析

高耸结构柔性较大,对风荷载较为敏感,相比一般风的影响,台风作用下的高耸结构更易产生强烈的动力响应。考虑台风的基本特性,选取合适的台风风速谱,运用数值模拟方法,仿真得到了与结构竖向相关的18条脉动风载时程样本。采用有限元方法建立某高耸钢塔结构的三维有限元模型,并在时域内研究其在台风作用下的动力响应。侧重比较研究了结构线性与非线性对高耸钢塔结构风致动力响应影响,并与采用经典的Davenport谱的计算结果进行了比较。研究表明:同一种风谱计算的风载作用下,考虑几何非线性影响的高耸结构风致位移响应略大于线性情况下的计算结果,但差别不是太大;采用台风风谱计算风致结构动力响应的峰值和均方差比采用Davenport谱的计算结果大得多。

单层网壳结构风振响应的模态耦合效应分析

基于网壳结构频谱分布密集、空间相关性强的自身特性,其风致动力响应不仅要考虑多阶模态的贡献,通常还要考虑模态耦合效应。因此,对网壳结构风振响应的模态耦合效应进行研究很有必要。根据模态广义位移协方差矩阵的特性,对K iew itt6-6型单层球面网壳和三向网格单层柱面网壳结构的模态耦合效应进行了系统的参数分析,在此基础上,给出了网壳结构风振响应的模态耦合效应程度判据。

典型组合形体空间膜结构风振响应的数值分析

对山脉型空间膜结构进行数值模拟与比较分析,研究膜帽处开敞与封闭情形、不同风速情形下的膜结构风振响应,包括位移响应、速度响应、加速度响应等.研究显示,膜帽开敞、封闭与否对结构最大位移响应影响较小;结构在膜结构顶帽封闭情形下的最大加速度响应明显大于膜结构顶帽开敞情形;位移瞬态放大系数在膜帽开敞情形下大于封闭情形.在一定风速范围内,开敞情形下结构竖向最大位移响应随风速增大而增大,而结构位移的瞬态放大系数随着风速增大变化不明显.文中的研究成果可供膜结构工程抗风设计参考.

输电塔抗风动力可靠性分析

在ANSYS中建立了输电塔线体系的有限元模型,利用Kaimal谱,基于AR法模拟了输电塔线体系各点的风速时程,分析了输电塔体系的风致动力响应,根据首次超越破坏机制,以输电塔顶点位移作为控制变量,采用Poisson过程法与Vanmercke法对比分析了风速重现期为50、100a时不同安全限值的输电塔动力可靠性。结果表明,两种方法计算结果基本一致,而Poisson法计算更简单。

海上风机单桩基础与塔筒间连接方式对比研究

海上风机塔筒与单桩基础间连接方式对结构安全有重要影响。依托某海上风电工程,借助数值分析方法研究了风轮气动阻尼对风机结构动力响应的影响,分析了塔筒与单桩基础不同连接方式下结构的自振特性与动力响应特性,并对比了灌浆连接效果随灌浆料弹模的变化情况。数值分析结果表明:风轮气动阻尼对风机结构动力响应影响较为明显,运行期风机风致响应分析中不应忽略;灌浆连接相比于变径段连接塔顶振动更小,而灌浆连接中灌浆料弹模对灌浆连接效果影响不明显。

基于BESO算法的高桩承台式水平轴风力机支撑结构优化

研究大型水平轴风力机塔筒的合理支撑结构形式对风力发电结构系统安全至关重要.针对高桩承台式水平轴风力机,基于反比例型删除率的双向渐进结构优化(BESO)算法,拓扑优化风力机塔筒结构,根据计算流体动力学方法和桩土相互作用原理,建立考虑桩土作用的风力机结构风致动力响应数值模型,比较分析优化前后风力机结构动力响应特性,验证结构优化方法的可靠性.经拓扑优化得到新的高桩承台水平轴风力机支撑结构,相较于初始结构,优化后的支撑结构风致动力响应显著降低,成果可为高桩承台式水平轴风力机支撑结构设计优化提供技术参考.

输电塔线体系抗风设计理论与发展

输电塔线体系是国家重要的电力工程设施。显然,它们的安全性直接关系到国家电网运行的可靠性,而风荷载是影响它们安全性的主要因素之一。首先,简要介绍了我国超高压、特高压输电线路的发展前景。接着,从输电塔线体系的分析模型、动力特性、风致动力响应、风致振动控制等几个方面,对输电塔线体系抗风设计理论的发展进行了综述。最后,论文重点阐述了输电塔线体系抗下击暴流风荷载设计的重要性,提出了有待于研究的若干问题。指出了对下击暴流风荷载的研究将为我国建造模拟雷暴风环境的新一代风洞实验室和输电塔线体系的抗下击暴流提供理论基础和设计指导,同时为输电塔线体系的风致振动控制设计与实现提供重要的参考。

筒架支撑式整体钢平台模架体系风致响应研究

整体钢平台模架体系是为核心筒的施工而研发的辅助装备,为研究其风致动力响应,设计并制作了整体钢平台模架体系的气弹模型和核心筒刚性模型,并将两者按照实际工程情况进行组装。通过风洞试验,测量了整体钢平台模型在不同风速、不同风向角和提升前后两种工况下的位移和加速度响应。试验结果表明:均匀紊流场中,整体钢平台出现了明显的整体扭转振动现象;风向角0°为最不利风向角,顺风向响应远大于横风向响应;提升后工况的位移和加速度响应大于提升前工况;均匀紊流场中的位移大于均匀流场的位移响应,脉动风对整体钢平台的影响不可忽略。风向角0°、提升后工况为最不利工况,故应将其作为整体钢平台的设计工况,整体钢平台的计算可不考虑核心筒,这不仅使计算过程得到简化,且结果偏于安全。

Ritz-POD法及其在大跨度屋盖结构风振分析中的应用

目的提出在频域内分析大跨度屋盖结构风致动力响应的新方法--Ritz-POD法,克服传统Ritz向量叠加法的不足,完善Ritz向量叠加法在大跨度屋盖结构风振响应分析中的应用问题.方法将Ritz向量叠加法和本征正交分解法(POD)相结合,用POD得到脉动风压的前几阶本征模态及相应的荷载中心频率,生成考虑多荷载空间分布模式及荷载频率影响的Ritz向量.结果利用Ritz-POD法分析一单层球面网壳的风振响应表明,仅用前5阶本征模态就能较好地描述脉动风压的空间分布形式(约为70%～80%),合理确定外荷载空间分布模式的重要性要比考虑外荷载频率影响更为显著.结论用Ritz-POD法能够合理给出脉动风荷载的空间分布模式,并有效考虑外荷载频率对结构动力响应的影响,可用少量阶数的Ritz向量即可得到较准确的风振响应,显著提高了计算效率,并且该方法包含了结构的主要贡献模态.

高耸结构在台风作用下的动力响应分析

基于台风的基本特性,采用合适的台风风速谱,运用数值模拟方法,仿真得到与结构竖向相关的18条脉动风载时程样本。为提高计算效率和精度,引入了快速傅立叶变换技术。通过比较自功率谱和自相关函数可以看出,模拟值和目标值吻合得较好,从而验证了风场模拟的准确性与有效性。采用有限元方法建立了某高耸钢塔结构的三维有限元模型,并在时域内研究该结构在台风作用下的动力响应。通过对比分析采用石沅台风风谱、田浦台风风谱和Davenport风谱计算该结构风载时程及风振响应结果的差异性,得出一些有参考价值的结论。