A New Approach for Structural Optimization with Application to Wind Turbine Tower

This work takes the bionic bamboo tower(BBT)of 2 MW wind turbine as the target,and the nondominated sorting genetic algorithm(NSGA-II)is utilized to optimize its structural parameters.Specifically,the objective functions are deformation and mass.Based on the correlation analysis,the target optimization parameters were determined.Furthermore,the Kriging model of the BBT was established through the Latin Hypercube SamplingDesign(LHSD).Finally,the BBT structure is optimized withmultiple objectives under the constraints of strength,natural frequency,and size.The comparison shows that the optimized BBT has an advantage in the Design Load Case(DLC).This advantage is reflected in the fact that the overall stability of the BBT has increased by 2.45%,while the displacement of the BBT has decreased by 0.77%.In addition,the mass of the tower is decreased by 1.49%.Correspondingly,the steel consumption of each BBT will be reduced by 2789 Kg.This work provides a scientific basis for the structural design of the tower in service.

风力发电机组塔架的仿竹结构设计

针对风力发电机组塔架高耸结构稳定性问题,结合仿生结构设计理论,将竹子纤维束引入塔架结构,研究通过仿竹结构设计提高塔架稳定性的方法.以2 MW风力发电机组塔架为研究对象,采用层次分析法对竹子与塔架的相似度进行计算,验证生物选型的合理性.通过研究竹子纤维束特征与竹身稳定性的关系,设计出具有4根加劲肋的仿竹塔架.应用有限元数值分析方法对仿竹塔架和原型塔架的静态和动态效能进行分析,结果表明:仿竹塔架的塔顶位移和最大应力相较原型塔架分别降低了2.27%和13.48%,仿竹塔架前两阶固有频率相较原型塔架提升了1.31%和1.58%,仿竹塔架结构整体稳定性提升了1.4%.验证2 MW风力发电机组塔架仿竹设计的可行性可为后续塔架结构设计提供新的方法.

基于混合仿生设计的风力机塔架

本文为风力机塔架的混合仿生设计提供了一种方法。为提高风力机机组整体安全性,基于混合仿生设计方法,提取竹子竹节和问荆草茎截面特征,构造了由外塔筒、内塔筒、法兰盘(加强节)和加强肋板组成的两种仿生塔架(FS1和FS2)。运用ANSYS Workbench软件对比研究原型塔架和两种仿生塔架的静动态性能和屈曲稳定性。结果表明:内塔筒为圆形的FS1塔架力学性能更好。与原型塔架相比,FS1塔顶最大位移和门洞附近的最大等效应力分别降低了17.6%和23.83%,1阶固有频率和1阶临界屈曲载荷分别提高了5.2%和23.12%,充分证明仿生塔架FS1具有更好的抗弯性能和稳定性。

风力机塔架结构仿生设计及力学性能分析

针对柔性化发展以及随之而来的高耸结构稳定性问题,对结构仿生理论在风力机塔架设计中的应用进行了研究。选取竹子为生物原型,基于层次分析法计算出竹子与塔架具有较高的相似度,验证生物选型的合理性。在此基础上,提取竹子的节状特征应用于风力机塔架的结构,设计具有加强节特征的仿生塔架,并采用有限元方法对仿生设计前后的塔架结构力学性能进行对比分析。结果表明:具有5个加强节的仿生塔架较原型塔架在刚度和极限承载能力等方面均得到提高,应力分布特点更加合理。验证了仿生理论在塔架设计中的有效性,为风力机塔架的结构设计提供了新方法。

基于王莲叶脉分布的塔式起重机臂架结构仿生设计

为了使塔式起重机自身重量更轻,更易于安装和运输,以此降低生产和运行成本,引入了结构仿生设计思想。以QTZ40塔式起重机臂架结构为研究对象,利用结构仿生设计方法对塔式起重机臂架结构进行了仿生优化设计。经研究、分析发现王莲叶脉的构型符合黄金分割定律,依据相似性评价标准,确定王莲为臂架仿生原型,结合臂架拓扑优化结果和王莲构型规律,确定了臂架的仿生优化设计方案。利用APDL语言建立了臂架的有限元模型,接着利用ANSYS软件对臂架原结构和仿生结构分别进行静力学分析计算,结果显示,仿生模型较原模型减重11.41%,并且在强度、刚度等方面均取得了较好的优化效果。

风力发电机仿竹塔架的刚度和强度分析

为了研究风力发电机塔架静强度、刚度与结构之间的关系,对仿竹结构的风力机塔架进行了刚度和强度的研究。通过仿生学的方法,对比研究得出塔架和自然界中竹子所受的载荷类型相同,引出带加强结的仿竹结构塔架,并利用悬臂梁的方法进行了分析计算。弯曲刚度分析表明,带加强结塔架的挠度比普通塔架的挠度有所降低,降低量的大小与加强结所占的比例成正比,与加强结刚度的增加量成正比,随加强结数增加而增大。带加强结塔架的轴向压缩变形量、扭转角、剪切变形量均有所减小,减小量大致与加强结占的比例成正比。而强度分析则表明,加强结对塔架应力大小的分布,特别是最值应力的大小和区域没有影响。塔架添加加强结的数量,在工程上存在比较合理的范围。

兆瓦级垂直轴风力发电机组仿生塔架性能分析

为避免兆瓦级风力发电机组风激共振破坏问题,采用流体控制方程建立了兆瓦级垂直轴风力发电机组仿生塔架流场模型,模仿棕榈树树干直径随高度变化的规律,分3段建立仿生塔架,对兆瓦级垂直轴风力发电机组塔架进行了流固耦合数值分析.结果表明,仿生塔架与同类项普通塔架相比,兆瓦级垂直轴风力发电机组仿生塔架变形虽然稍有增大,但能满足风机塔架的变形设计要求,其最大应力下降了3 MPa,1阶固有频率避开了共振的频率范围,材料用量减小了10%,减轻了塔架的质量.

海口融创观光塔结构设计

针对海口融创观光塔高耸钢结构项目,考虑到高耸钢结构自重轻、刚度小的特点,提出并分析了实现该仿生塔的两种结构方案。方案一的主体结构由钢管柱、环形桁架和钢梁组成;方案二的主体结构采用交叉网格结构组成。详细介绍了两种结构设计方案的设计思路、计算分析过程和具体的计算结果,并对两种方案的利弊进行了对比分析。经过对比分析,最终确定方案一性价比更高。

风力发电机组仿竹塔架的刚度和强度分析

塔架和自然界中竹子所受的载荷类型相同,通过仿生学的方法,提出了带加强结的仿竹结构塔架。弯曲刚度分析表明,带加强结塔架的挠度比普通塔架的挠度有所降低,降低量的大小与加强结所占的比例成正比,与加强结刚度的增加量成正比,随加强结数增加而增大。带加强结塔架的轴向压缩变形量、扭转角、剪切变形量均有所减小,减小量大致与加强结占的比例成正比。而强度分析则表明,加强结对塔架应力大小的分布,特别是最值应力的大小和区域没有影响。塔架添加加强结可行,符合工程实际。

浅析调频覆盖点工程建设实践

调频覆盖点的建设是一项系统性项目工程,调频覆盖发射点址选择须遵循机房条件、铁塔空间和传输距离等原则。以高山无人值守的调频覆盖点工程建设为例,对建设高山无人值守覆盖点的合理性及基本要求进行分析,提出了调频在建设过程中遇到的问题及解决办法。

风力发电机塔筒结构仿生设计分析

结合结构仿生设计理论,以棕榈树为仿生生物原型,对2MW风力发电机塔筒进行仿棕榈树维管束结构的仿生塔筒设计构想。采用有限元数值分析方法对仿生塔筒和原塔筒进行静态、稳定性研究。结果表明:仿生塔筒结构安全可靠性在塔筒许用应力范围内,仿生塔筒较原塔筒塔顶位移降低约3.78%,结构整体稳定性提高约3.61%,为塔筒的仿生设计提供一种新思路。

马蹄莲花型仿生节能建筑设计建造技术

以武汉新能源研究院工程为依托,针对当前绿色建筑的社会需求,研究了绿色建筑的仿生设计和马蹄莲花型建筑建造技术,总结形成了一套马蹄莲花型仿生节能建筑设计建造技术,包括马蹄莲型仿生节能建筑设计技术,高空大悬挑花冠钢屋盖施工控制技术,空间多点超长塔吊附墙技术、复杂空间曲面幕墙施工技术,清洁能源综合利用技术,成功实现了建设低能耗无污染“马蹄莲花”型清洁生态建筑的目标。

基于仿生学的风力机塔架结构设计及其力学性能分析

风力机塔架力学结构属典型的柔性细长弹性体,考虑到沿海一带棕榈树与近海风力机结构（同为细长柱体）所处环境的相似性,以传统筒型和仿生风力机塔架为研究对象,通过棕榈树样本参数拟合出树干外形函数,并考虑棕榈树内部维管束结构及其材料特性,分别建立了刚性、柔性和布置类维管束结构的仿生塔架3种塔架模型,进一步采用有限元方法对3种塔架进行静力学分析、模态分析与谐响应分析,并对比3种塔架的力学性能,分析仿生结构对塔架力学性能的影响。结果表明：风载荷作用下,原始塔架的最大应力主要集中在塔架底部,仿生塔架则集中在塔架底部以上;与柔性塔架相比,仿生塔架顶端位移增加了282.0%,而最大应力仅增加了18.0%,在满足塔架应力允许范围内,仿生塔架柔性更好;仿生塔架达到共振时塔顶位移响应幅值降低了22.2%,且共振频率点均偏大;与刚性塔架相比,柔性与仿生塔架的固有频率均较低,而仿生塔架的固有频率略高于柔性塔架。