基于未知风荷载作用下拉索振动位移的拉索MR阻尼器失效破坏的原位识别方法

MR阻尼器在长期服役过程中可能由于各种因素导致阻尼器失效破坏。现有的对MR阻尼器的性能识别多为离线方法,需将阻尼器从斜拉索上拆卸下来后进行人工检测。该文提出一种基于斜拉索在未知风荷载作用下振动位移,对在役失效无模型的MR阻尼器作用力进行原位在线识别的方法。首先,建立模态坐标下斜拉索-阻尼器系统运动方程及观测方程,并进行模态截断以减少未知变量的数量。然后,将模态风荷载建模为随机游走过程并加入系统的增广状态中,并视MR阻尼器的作用力视为作用在斜拉索上的‘附加未知输入’,采用最近提出的无直接反馈的平滑最小方差无偏Bayesian滤波,对结构增广状态和MR阻尼器作用力进行识别。通过识别数值模拟的MR阻尼器三种典型的失效破坏模式,验证所提方法的有效性。

随机风荷载下陡峭山区长短腿输电塔多构件可靠度评估

长短腿输电塔在陡峭山区的输电线路工程中应用广泛,准确评估该结构体系中各个构件的可靠度水平对其维护加固具有重要意义。鉴于此,基于拟蒙特卡罗法开展了随机风荷载作用下陡峭山区中长短腿输电塔多构件可靠度分析。根据《架空输电线路杆塔结构设计技术规程》(DL/T 5486—2020),给出长短腿输电塔不同构件常见的5类失效模式及其功能函数;通过同时考虑材料和风荷载的随机性,采用拟蒙特卡罗法建立长短腿输电塔多构件可靠度分析框架;以某输送电压为500 kV的输电线路中长短腿输电塔为例,进行了多构件可靠度评估,并分析了不同塔腿级差、杆塔呼高以及设计风速对长短腿输电塔可靠指标的影响规律。分析结果表明:长短腿输电塔的所有构件可靠指标均在3.2以上,满足规范要求的Ⅱ级安全水准,短腿主材为长短腿输电塔最薄弱构件,可靠指标相比于长腿主材减小了23.25%,应予以重视;杆塔呼高每增大6 m,长短腿输电塔可靠指标最大下降3.37%,设计风速每增大1 m∙s-1,可靠指标最大降低2.83%;塔腿级差每增大3 m,可靠指标最大降低10.48%,建议杆塔设计时应尽量避免出现塔腿级差过大的情况。

随机载荷下风机齿轮动态可靠性评估

以2 MW水平轴变速风力发电机齿轮传动系统为研究对象,对已产生裂纹的风机齿轮进行可靠性评估。以随机风速作为风机齿轮箱外部载荷,通过齿轮的转矩、切向载荷,计算齿轮齿根所受应力,并采用Weibull分布进行拟合;根据断裂概率与齿轮所受最大应力之间的关系和Griffith理论,建立断裂概率与裂纹之间的模型;基于Paris公式建立裂纹与载荷加载次数模型;最后,将上述2种模型结合,利用可靠度与失效率之间的关系,建立考虑随机载荷条件下,风机齿轮的动态可靠性模型。以风机齿轮箱中太阳轮为例,结果表明:相对于初始可靠度大于0.99的太阳轮,所验证的太阳轮初始可靠度在低至0.5的情况下,经过高载荷的作用,其可靠度会急剧下降,直至失效。在确定的材料下,所提模型可以较好地反映不同应力水平下裂纹扩展以及裂纹对可靠度的影响,可较好地应用于工程实践中。

强风下导线的等效随机静风荷载概率模型

输/配电线路是典型的风振敏感结构,而且导线风荷载往往大于杆塔自身风荷载。结构风荷载常呈现强随机性,合理地考虑这种随机性是输/配电线路抗风设计与风险评估的基础。该文以气弹模型风洞试验为依据,结合随机风振反应基本理论,获得导线等效静风荷载的计算方法;引入强风风场特性参数的随机性,推导并拟合得到导线的等效随机静风荷载概率模型;将建立的随机风荷载概率模型应用于配网结构的可靠度分析中,评估现有配网结构规范设计的可靠度水准。分析结果表明,导线风荷载效应占比大于5%时,按现有配网线路规范设计的构件可靠度指标低于构件呈现二级延性破坏所对应的目标可靠度水平。该文建立的随机风荷载概率模型,考虑了平均风荷载的随机性、脉动风荷载的随机过程性及其对结构的随机动力效应,同时引入了描述脉动风随机过程特性参数的随机性,可应用于强风下输/配电网的抗风设计和风险评估。

计及负荷随机性含风电电力系统TCSC多目标优化配置

为实现可用输电能力和电压稳定的双重改善,提出一种考虑风电和负荷随机性的灵活交流输电系统(flexible AC transmission system,FACTS)多目标优化配置方法。首先推导基于拉丁超立方、k-means聚类和蒙特卡洛抽样三者相结合的系统场景生成技术。然后以区域间可用输电能力和电压稳定指标L为目标,建立晶闸管控制串联电容器(thyristor-controlled series capacitor,TCSC)多目标优化配置模型。最后通过增加混沌初始化和变惯性权重设置改进多目标粒子群算法以求解所建模型。基于改进的IEEE30节点系统,对比了最可能发生的系统场景配置TCSC前后的非劣解集和模糊最优解,分析了极端系统场景配置TCSC前后的优化结果。仿真结果表明,所提场景处理方法、多目标优化模型和改进算法在解决相关问题上具有有效性。

考虑随机风载及交通荷载共同作用下斜拉索疲劳损伤分析

针对斜拉索在风和交通荷载作用下易发生振动及疲劳的问题,通过改变风参数和车辆参数,对不同组合工况下拉索应力及疲劳损伤进行分析.基于当地的气象资料和交通量统计资料,对风速、风攻角、汽车车型、车重、车流量、车间距等随机参数进行模拟,依次建立桥址处的随机风荷载模型、桥面随机汽车车流模型及移动列车荷载模型,运用Ansys软件编程实现损伤分析,最后对某大跨度公铁两用斜拉桥进行实例验证.研究结果表明:风载作用下最不利的拉索位置随着风攻角变化而变化,在风攻角不超过-6°~+6°时,短索较为不利,而超出该范围时中长索较为不利;交通车辆荷载对拉索的疲劳损伤影响较为显著,同时考虑随机风载、密集车流和移动列车工况时,拉索的等效应力幅值较仅考虑风荷载作用时增大约311.7%.

随机风荷载下桥塔区域中高速列车运行安全分析

为探讨随机侧风下桥塔遮风效应对列车运行安全的影响,建立了某型高速列车-桥塔系统的气动仿真模型和车辆动力学模型,分析桥塔环境中列车在恒定侧风和随机侧风下的气动特征,并以脱轨系数、轮重减载率、轮轨横向力、轮轨垂向力为安全性能指标,研究随机侧风对列车运行的安全影响。结果表明,宽度较小的桥塔(不大于车厢长度)对列车运行的安全影响很小,风速和风模型对列车行车安全影响强于列车时速,随机风对列车安全性的影响具有滞后性;随机风对行车安全的影响强于恒定侧风,平均风速为15 m/s时,随机侧风下的安全性参数最大值比恒定侧风至少高3.12%;根据安全性参数标准差,随机风下气动载荷波动和安全性参数的波动更强,且随着平均风速的增加,安全参数的波动程度增大;当随机风的平均风速不超过10 m/s时,列车以速度250 km/h可安全行驶。

随机荷载组合作用下海上导管架基础结构的动力响应分析

在导管架动力学分析中,开展了不同随机荷载组合作用下的导管架动力响应特性研究。基于AR线性滤波法和随机波浪理论及P-M谱对于风速和水质点速度、加速度进行模拟,从而计算得到塔筒所受风荷载与结构所受波流荷载,基于线性叠加法和Turkstra法对随机荷载进行组合,进行不同组合作用下的导管架基础结构的动力响应分析,对塔筒顶部位移及导管架基础顶部位移、加速度进行对比。研究结果表明,海上导管架基础结构在随机风与最大波流荷载的组合作用下,塔筒顶部和导管架基础顶部的动力响应最大,塔筒所受风荷载取值对于结构的动力响应影响较小,可进行简化处理,波流荷载对于结构的影响很大。

可收折超视距雷达车抗风倾覆稳定性分析

风载荷是机动式超视距雷达车的主要外加载荷.针对其在风载荷作用下的抗倾覆稳定性问题,以某新型机动式超视距雷达车为对象建立了理论验算模型,基于自回归模型利用Matlab编程生成与Davenport谱相吻合的随机脉动风载荷;将随机风载荷引入到超视距雷达车的抗风性能研究中,并运用商用软件分别对其收车状态及雷达作业状态进行风振响应分析及动力学分析,得到其动态时程响应.结果表明,该超视距雷达车可满足使用要求.此方法为机动式超视距雷达车的抗风设计及校核提供了一定的理论依据.

风电齿轮箱高速轴轴承疲劳寿命及动态可靠性分析

为探究风电机组齿轮箱高速轴圆柱滚子轴承在服役过程中的疲劳寿命和可靠度变化规律,以新疆达坂城风场年度风载荷为外部激励,建立基于威布尔分布的随机风速模型及考虑内部齿轮时变啮合刚度、轴承时变刚度等激励因素的风电齿轮传动系统齿轮-轴承耦合动力学模型,通过Newmark积分法求解高速轴轴承动载荷。运用雨流计数法及Goodman平均应力修正法得到对称循环应力,结合线性损伤理论和非线性损伤理论的对比,获得轴承的接触疲劳寿命和动态可靠度。结果表明:额定功率下,在外部随机风载激励和内部齿轮-轴承耦合共同作用下,内激励仍然对系统高速轴轴承动载荷起主要作用。与线性损伤累计理论相比,非线性损伤累计理论考虑载荷加载的顺序效应,能更好地描述轴承在整个疲劳寿命过程中各阶段的疲劳损伤情况。轴承在服役过程中,前15年的损伤较小,可靠度衰减缓慢,而在后期可靠度呈现出非线性迅速下降趋势,应及时调整维护策略。

随机风荷载作用下耐张串金具的力学性能仿真分析

随着高压输电线路长度和运行年限的增加,极端天气的频繁发生导致线路在大风荷载作用下发生金具破坏的可能性增大。采用谐波叠加法模拟了沿线路方向多点随机风速时程曲线,基于准定常假设将风速转换为风荷载,得到了随机风作用下导线的位移和张力。在此基础上研究了档距、高差等参数变化对导线张力的影响。建立耐张串金具的精细化有限元模型,模拟耐张串各金具的相互运动。将计算得到的导线张力施加到耐张串有限元模型上,得到最不利工况下的金具应力分布情况。仿真结果表明,耐张串金具最容易发生破坏的金具为U形挂环,在其接触区域容易发生磨损。其次,直角挂板和梯形联板在左、右挂点表现出了不同的安全性,高悬挂点处更容易发生破坏。此外绝缘子串球头部位的应力较大,在受到极端荷载作用时容易断裂。

随机风振作用下非对称悬挂结构响应及等效风振力研究

针对非对称悬挂结构在随机风振作用下动力响应分析复杂的问题,提出其在顺风向作用下水平和竖向耦合振动响应的分析方法。首先,建立非对称悬挂结构在顺风向脉动风振作用下水平和竖向耦合振动的动力方程,利用实模态振型分解法获得以实模态广义坐标表示的风振动方程,并利用有限元软件获得实模态振动参数;然后,基于复模态法和虚拟激励法获得悬挂结构位移、速度、实模态广义坐标等响应量的统一形式频域解,并基于二次式分解法获得了上述响应量谱矩和方差的简明封闭解以及非对称悬挂结构在顺风向风荷载作用下结构等效风振力的计算式;最后,通过算例分析,验证了所提封闭解的正确性,并研究了非对称悬挂结构动力响应及等效风振力受广义坐标的影响。研究表明,在顺风向风荷载作用下,结构将同时产生横向与竖向振动,且竖向振动不可忽略。

广义Maxwell阻尼器高层结构随机风振响应解析法

为解决设置广义Maxwell阻尼器的非定常耗能结构在随机风荷载作用下的随机响应采用传统方法比较繁琐及精度不高的问题,针对此类结构提出基于传递函数法的精确分析方法。首先,用微分积分混合方程组建立了结构的动力运动方程;其次用传递函数法及巴斯金相关函数的随机风振激励模型,获得了结构用第一振型表达的时域瞬态位移响应非扩阶解析解;然后,根据获得的解析解,运用随机振动方法获得了该类型耗能结构第一振型下的随机风振响应及楼层处等效静态风荷载设计取值的解析解,最后通过算例计算显示:设置阻尼器后结构的位移减少约36.7%,同时与数值方法计算结果完全吻合,证明了本文方法的优越性。由于采用巴斯金相关函数的随机风振激励模型,本文方法可以应用其他诸如地震、路面不平等激励下的振动响应。

大型门式起重机的风振特性研究

为了解随机风载荷在风灾频发地区对大型门式起重机的影响,借鉴建筑工程学中随机风载荷的处理方法,利用风载荷功率谱密度函数得到风载荷的时程曲线并应用于门式起重机的风振特性研究,利用计算流体软件对风场进行模拟仿真,在起重机行业还不够成熟。工程界对于结构的动态响应分析一般有时域和频域两种分析方法,虽然频域分析法方便迅速,但时域分析因其在复杂系统的非线性方面的优势以及其计算结果的精确直观并易于掌握结构的整机风振特性,更易被结构工程师所接受。利用ANSYS软件分析了门式起重机金属结构在静风载荷和随机风载荷作用下的响应,通过对比得出,大型门式起重机在不考虑风载荷的脉动效应时将使计算结果偏于不安全。

大型风力机圆形扩展基础倾覆破坏机理分析

为研究以坡积土为持力层的风电基础在风荷载作用下的倾覆破坏机理,以2 MW装机容量的圆形扩展基础为研究对象,基于ABAQUS有限元软件对该基础的室内1∶10缩尺模型的地基土应力和基础沉降进行计算研究。同时利用该基础的缩尺模型试验结果验证数值模型的可靠性。研究表明:随机风荷载引起的地基土应力的扩大效应和不均匀沉降的扩大效应,是导致风力机基础出现倾覆破坏的主要原因;当受强风荷载作用时,迎风侧基础边缘的土体首先进入塑性区,发生屈服破坏,导致上覆土体隆起,基础倾覆破坏就会随之发生。建议在进行风电基础设计计算时,对风力机基础中轴线上的相对沉降验算点处的沉降乘以合适的沉降扩大系数,以保证基础结构安全稳定。

识别不均匀测点的风荷载的本征模态分解法

应用POD法识别作用在结构表面的脉动风荷载的时频域特性。考虑到结构的表面比较复杂时,测点往往为不均匀布置,应用加权的本征模态分解法来识别作用在结构表面的风荷载。从而可利用识别的风荷载的时频域特性对结构进行时频域的动力分析。最后,通过对某结构的风洞试验数据进行分析来说明用加权POD法建立不均匀测点的降阶的脉动风荷载功率谱的可行性。

船舶受非均匀风力的计算方法

在船舶航海性能及航泊机动的定量分析中,通常以均匀风取代实际的非均匀风,从而影响了定量分析的精度及分析的可靠性。现提出一种新的计算作用在船舶非均匀风力的方法。仿真表明,该方法是可行的。

脉动风载作用下巨-子型控制结构体系中耗能阻尼器的应用

基于随机振动复模态分析理论,计算提出了巨-子型控制结构体系在随机风载作用下,结构反应与附加粘滞阻尼器阻尼值的关系;利用搜索的方法,寻找出最优的附加阻尼值;研究分析的结果表明,新型的巨-子型控制结构体系在合理安装附加粘滞阻尼器后,减振效果非常理想。

天线反射面精度和结构体系的可靠性分析

本文对随机风压荷载作用下天线反射面精度和结构体系的可靠性进行了分析。通过构造等价事件,导出了反射面精度可靠性计算公式。利用载荷增量法确定出结构的主要破坏模式,并利用二阶矩理论和Ditlevsen狭边界法求得结构体系的可靠度。文中给出了一个计算实例。

半潜式钻井服务支持平台随机风载荷特性研究（英文）

风载荷是海洋平台设计载荷之一,直接关系到平台稳性,确定平台在不同工况下的风荷载对于平台安全设计具有重要的工程意义。该文基于Fluent软件结合自编UDF程序,考虑Davenport、NPD以及API三种典型风谱的影响,利用简谐波叠加法将风谱由频域转换为时域内的随机脉动风速,引入雷诺平均法求解NS方程结合分离涡(DES)湍流模型对半潜式钻井服务支持平台在自存海况下的风力和风倾力矩开展了数值研究,并将数值模拟得到的最大风力及风倾力矩与ABS、DNV以及CCS的计算结果进行了对比验证。计算结果表明:平台受到的风力和风倾力矩与风谱自身特性、平台倾斜角及风向角等因素密不可分;同一工况下采用Davenport与NPD风谱计算时平台受到的平均风力(矩)较为接近;NPD风谱作用时平台受到的随机最大风力(矩)最大;采用API与NPD风谱计算时,各工况下最小风力(矩)随风向角的变化趋势、计算结果均基本一致。