窑尾预热器塔架风荷载体型系数的数值模拟研究

水泥工厂窑尾塔架作为一种风敏感的超高层钢结构建筑,其风荷载体型系数的确定在设计中至关重要。目前的GB 50009—2012《建筑结构荷载规范》[1]仅针对封闭塔架结构提供了风荷载体型系数取值,对于实际敞开塔架结构未考虑到层间设备的影响,导致在结构设计中采用偏保守的系数,增加了钢材用量和结构自重,造成材料浪费。为此,本文通过FLUENT软件进行了窑尾塔架在不同风向角下的数值模拟,并通过已有高层建筑风洞试验验证了数值模拟的准确性,进而将数值模拟结果与传统规范设计和PKPM计算结果进行对比分析。结果表明,数值模拟可以真实地模拟风场,准确分析窑尾塔架结构在真实情况下的风压特性。规范设计中的风荷载体型系数取值较为保守,在实际设计中可降低其取值。窑尾塔架的体型系数受到层间设备分布和高度的显著影响,根据设备平均宽度的变化可将整个窑尾塔架分为三个区域,在各分区内体型系数变化与高度之间基本呈线性关系。最后基于数据拟合,提出了窑尾塔架风荷载体型系数新的取值建议。

基于ANSYS的折臂式高空作业车工作臂模态分析

折臂式高空作业车在进行高空作业时,在面对不同高度的风载时会出现振动,严重影响工作臂的稳定性和安全性。利用SolidWorks软件构建工作臂的三维模型,将模型以Step.格式导入到ANSYS软件中进行有限元分析前处理及模态分析。在模态分析的基础上开展频谱分析,得到工作臂在不同高度风载下的固有频率、振型、共振频率的重要信息。根据所得信息,对工作频率提出要求,并对结构问题进行简要改进,为折臂式高空作业车工作臂的性能预测和优化提供理论依据。

随机风载荷对双馈风电机组轴系扭振响应分析

考虑到风电机组柔性传动链在风速持续扰动中易产生机组扭振,研究随机风载荷作用下双馈风电机组扭振响应、扭振传递规律及关键部件的影响程度。首先,考虑叶片、齿轮箱和发电机等关键部件,采用集中质量法,建立双馈风电机组传动链等效3质量块模型。其次,基于小信号分析法对柔性传动链的扭振模态、扭振频率及参与因子进行分析,获取其模态振型图。最后,基于Simulink软件平台,建立考虑随机风载荷作用和传动链柔性的双馈风电机组时域仿真模型,仿真分析在亚同步、超同步工况下的机组轴系扭振响应,并与理想风载荷作用效果进行比较。结果表明:与理想风载荷相比,随机风载荷作用对机组传动链轴系扭振响应影响明显,且在超同步或亚同步运行时,影响扭振的关键部件为发电机转子。

风荷载作用下高速公路广告牌的力学分析

以风荷载为主要控制荷载,对高速公路两侧单立柱钢结构广告牌进行了力学分析。静力计算表明,无论是承受风荷载还是结构自重作用,广告牌结构对地基的要求都很高,因此在设计和施工时应加以重视;模态分析表明,该类广告牌结构在承受低频荷载时,主要是面板在振动,立柱基本不会发生振动,且具有足够的低频稳定性,因此在设计和施工时需对广告牌的地基和面板加以重视。

通信铁塔动力效应分析

为研究通信铁塔在风载荷与地震影响下的结构振动及其稳定,使用ANSYS有限元分析软件对通信铁塔的风荷载受力情况、地震反应和模态进行动力效应分析。结果表明:在正常大风工况下,铁塔基础作用力最大,铁塔的基础作用力是由风速大小控制的。随着通信铁塔高度的增加,结构的自振频率减小,结构刚度减小;通信铁塔的结构刚度较大,其基本周期均在5附近。铁塔的地震响应基础作用力均为上拔力,上拔力比在大风荷载下增加了15%。通过实测值与有限元模拟值进行比较,两者之间误差在可控范围内。

大型石油储罐的风载荷响应分析

主要研究了大型石油储罐在风载荷作用下的响应。首先,介绍了风载荷分析时用到的风压模型,并建立了储罐的有限元模型;然后,对储罐进行了模态分析;最后,分别计算了储罐在静态风压和动态风压模型下的响应。结果表明:储罐的模态呈多波分布,该振动为储罐周向振动和竖向振动的叠加。在静态风压模型下,储罐的最大位移发生在靠近储罐罐顶的罐壁某处;最大应力发生在罐壁与地板的连接处。在动态风压模型下,动态响应的峰值(如位移和应力峰值)延迟于风载荷峰值的出现。

综合集成桅杆力学特性研究

以八边形综合集成桅杆为研究对象,系统研究了综合集成桅杆的风载荷特性,桅杆在风载荷下的力学特性及桅杆的固有振动特性。计算了桅杆在设计风速下的风载荷,得到了桅杆受风时平均压力和脉动压力的变化规律,并据此提出了综合集成桅杆结构分析的外载荷计算公式。通过桅杆的结构动力分析,证明了综合集成桅杆在设计风速下运动不会发生共振现象。通过桅杆的模态分析,提出了综合集成桅杆结构设计中应重点考虑的问题。研究旨在为综合集成桅杆的结构设计提供参考。

桥梁顺风向等效风荷载计算方法及其分布

桥梁等效风荷载一般被分为平均风荷载、等效背景风荷载和惯性风荷载 3部分 ,分别计算后再按一定的方式将其组合为总的等效风荷载 .对于惯性风荷载 ,一般可根据结构随机振动理论采用模态分解的方法计算得到各阶振型对应的惯性力 ,然后采用完全平方组合 (CQC)法或平方和开方 (SRSS)法将它们组合起来成为总的惯性风荷载 .对于背景风荷载 ,目前主要有荷载响应相关 (LRC)法和经典的模态分解法 .前者得到的背景荷载的分布形式与风压和结构响应的影响函数有关 ,而后者得到的分布形式则与惯性荷载相似 ,两者得到的结果可能并不相同 .这里主要研究LRC法和模态分解法 2种桥梁等效风荷载的计算方法 ,对 2种方法的区别和联系进行讨论 ,并给出风荷载 3个部分的组合方式 ,最后还给出了数值算例 。

桥梁检测车臂架结构风振响应分析

基于有限单元法,采用梁杆单元建立某型桥梁检测车臂架结构的有限元模型。运用结构随机振动理论计算了臂架结构的脉动风载荷,采用谐波叠加法模拟实际工况下的脉动风载荷。在模态分析和等效风载静力分析的基础上,计算出结构风振动力时程响应。分析结果表明:臂架结构基频避开了风谱能量最大处,能有效避免引起的结构共振;该型桥梁检测车臂架结构在强风作用下工作,应力和结构变形符合设计要求。

HJJ675/52-T型海洋井架在风暴自存下的特性分析

海洋井架不但承受工作载荷,同时也承受风载荷以及海洋环境载荷。运用ANSYS有限元软件建立了HJJ675/52-T型海洋井架模型,对井架所受的风载荷进行了计算,对井架进行了模态分析和谐响应分析,指出了井架在风暴自存工况下的薄弱环节。建模时井架上所带的扶梯、栏杆等附件以及天车、游车、顶驱、二层台等装置视为集中载荷施加于相应节点上。分析结果表明,节点的位移频率曲线反映了井架的共振特性;实际操作中应根据钻井工况的不同,调节绞车的转速使其避开井架的固有频率,以免引起井架共振。

海上风机三桩基础与上部结构动力响应分析

基于ANSYS有限元平台,建立了海上风机三桩基础与上部结构一体的三维模型;采用Block Lanzcos法进行模态分析,得到风机结构的各阶模态振型,确定了结构的振动特性;并结合模态分析结果,考虑周期性波浪荷载的作用,对结构模型进行了瞬态动力分析。结果表明:海上风机三桩基础与上部结构模态振型较容易表现为弯曲形式,结构的抗弯性能要求较高。在波浪荷载作用下各关键部位的位移与应力时程曲线随时间的变化规律都表现为周期性波动,但又存在差异。对于位移时程曲线,离基础越远的部位,其位移幅值越大,波动非线性特性也越明显;对于应力时程曲线,应力幅值主要位于立柱顶端,即立柱与塔筒连接部位。波浪荷载对结构的受力和变形影响较大,不容忽视。

叶片刚度对风力发电机组载荷的影响

为了研究受叶片刚度变化影响的载荷灵敏度问题,提出利用柔性多体动力方程对全耦合风机进行建模的方法,并考虑叶片旋转时产生的空气动力、重力及离心力作用对叶片进行模态分析,求解叶片的气动阻尼.运用Newmark法对风力发电机组叶片进行动态分析计算,得到总的动态响应载荷.以某3 MW风力发电机组为例,计算叶片在不同刚度下的载荷敏感度,仿真其在额定风速下的正常发电情况,获得其叶根、塔底、偏航轴承以及轮毂的载荷.仿真结果表明,叶片刚度降低导致叶根载荷减小,但是塔底、偏航轴承载荷增加;叶根XY、塔底Z、偏航轴承Y及轮毂Z方向载荷变化较为敏感.

450T海洋井架模态分析与钻井工艺建议

井架的固有频率与外部设备振动频率及风载荷等频率接近或吻合时,井架将发生共振。在模态分析理论介绍的基础上,采用有限元软件对450T海洋井架进行了动态特性分析,研究了其振动特性。建模时依据井架杆件采用的材料结构定义了17种截面属性,网格划分选取2节点188梁单元。分析结果表明,与不考虑预应力相比,在考虑预应力效果时,井架的前10阶频率均有下降,但下降幅度不大,说明预应力效应对井架的振动特性影响较小;井架前4阶模态频率对应的转速在转盘和绞车的正常转速范围内,但第1、2阶模态频率对应的转盘和绞车转速在100 r/min以下,且2阶模态频率接近。

三十米高杆灯的风致振动的测量研究

本文通过环境激励的响应分析，研究了３０米高杆灯的动特性。然后，在发生风致振动的实际条件下，测量了振动频率和振型以及当时的风速，确认振动的原因是一种流固耦合作用形成的风的尾流脱落激励引起结构共振。文中讨论了环境激励响应测量的理论依据，测量方法、数据采集和分析技术，并给出了避免风致振动的理论依据及有关设计公式。

水平轴风力机叶片的结构设计与有限元分析

设计了一种1.5 MW水平轴风力机叶片模型,运用ANSYS Workbench对叶片模型添加材料属性、划分网格、施加载荷与约束进行有限元分析。进行了叶片在静止状态和有预应力作用两种工况下的结构模态计算,分析了叶片在被施加极限挥舞载荷作用下的表面应力分布情况,计算了叶片的最小模态频率和最大应力分布情况。

营口辽河公路大桥抗风性能研究

以营口辽河公路大桥为背景,研究斜拉桥在施工阶段及成桥状态的抗风性能。对斜拉桥在基本风速与设计基准风速及颤振检验风速的确定,气动参数计算,弯扭耦合颤振与分离流扭转颤振的颤振稳定性分析,成桥状态、最大单悬臂状态、最大双悬臂状态、桥塔施工状态的风荷载及风载响应4个方面进行研究。按平板近似公式估算,得出该桥桥位处的基本风速、桥面高度处的设计基准风速、成桥状态的颤振检验风速、施工阶段的颤振检验风速。用ANSYS大型结构分析程序进行分析和计算。该斜拉桥方案无论在成桥状态或施工最不利状态均满足颤振稳定性要求。给出了成桥状态、最大单悬臂状态、最大双悬臂状态以及主塔施工状态的桥塔风载内力及主梁风载位移。

考虑空间三维模态及振型修正的高耸结构风振响应分析

采用某假想格构式高耸结构电视塔的高频天平测力风洞试验结果,在对其进行半刚性处理的基础上,用六种不同的方法分别考虑空间三维模态、非直线振型及各方向气动载荷耦合等因素,并考虑单方向一维直线振型的风致位移响应计算结果,在五个不同风向角下进行了电视塔顶部位移均方根响应的对比分析,对比结果表明五个风向角工况下得到的结论基本一致,对比本文算例考虑空间三维模态、非直线振型及各方向气动载荷耦合等因素,进行修正计算的结果在x和y方向减少近21%～37%。相比而言仅考虑振型修正的结果,比仅考虑三维空间振型耦合或基底气动载荷的相关性所产生的差异要大。

基于地震荷载作用下的风力发电塔的地震响应分析

基于地震荷载的作用,应用大型有限元软件FINAL,研究不同结构参数的风力发电塔在地震荷载作用下的地震响应,以及比较它们之间的差异,进而得出改变风力发电塔的结构参数对于地震响应的影响规律。以二维风力发电塔模型为例,建立4个不同参数的模型,首先进行模态分析,计算出每个模型的固有频率,通过比较固有频率得出结论,并对其进行比较分析。然后对4个模型施加1993年北海道西南海面桥地震波形,分析比较它们在此地震波形作用下的地震响应值,进而得出不同的结构参数对地震响应的影响规律。

5MW风电增速齿轮箱的设计与动力学分析

针对大功率风电增速齿轮箱设计与研究不足的问题,提出5 MW级设计方案,并进行动力学分析。采用三级传动类型,前两级为2K-H型行星轮系,三级为定轴轮系。通过输入风电载荷谱进行仿真分析与理论计算结果对比,确保计算结果的准确性。利用动力学方法:对行星架进行模态分析,使行星架模态频率避开齿轮啮合频率;对各齿轮副进行传动误差分析,得出各齿轮副传动误差的周期性变化规律与最大误差;对各轴承进行加速度响应分析,得出不同转速下的振动加速度曲线,发现各轴承加速度曲线的波峰与波谷出现重叠的规律,使齿轮箱输入转速避开了峰值。研究内容为大功率风电齿轮箱设计与可靠性分析提供方法。

高耸异型铁塔风荷载作用下结构的分析计算

结合实际工程介绍了一异型高耸铁塔的风载计算过程。主要对其进行了静力与动态振型分析,并分别运用规范和有限元对其进行了模态分析比较。