海上移动平台直升机甲板圆管支撑结构安全评估

圆管支撑结构是海上移动式平台直升机甲板设计的重要部分,由于海上恶劣的风浪环境,使结构整体受风载荷的影响较大.现有直升机甲板圆管支撑结构的安全评估内容主要集中于圆管的静强度分析,缺乏风振响应分析,文中以海洋石油163平台直升机甲板为例,研究圆管支撑结构的静力和动力载荷输入,通过有限元强度分析和理论经验公式计算对比静力、风载荷作用下直升机甲板圆管支撑结构的受力情况,考虑风振涡激效应的准静态分析,在此基础上提出了直升机甲板圆管支撑结构的安全评估方法,探究了风载荷对结构整体安全的影响.

海上旅游平台大跨度网壳结构强度分析

海上旅游平台大跨度网壳结构作为新型结构,目前还没有成熟的设计和强度分析方法。本文以网壳结构立柱间的相对位移为波浪载荷控制参数,基于设计波法和三维水弹性理论计算波浪载荷;以百年一遇的风速作为风载工况,采用k-ε湍流模型模拟风场计算风载荷,利用面元积分法计算网壳结构等效节点载荷,建立大跨度网壳结构外载荷计算方法。在此基础上,以“海洋之心”旅游平台为算例,开展了网壳结构响应分析,获得了风载荷、波浪载荷及风浪联合作用下的网壳结构响应,对比分析了风载荷和波浪载荷对网壳结构响应的影响。

一种光伏跟踪支架檩条强度分析方法

针对某光伏电站跟踪支架檩条损坏案例,提出一种强度分析方法。首先,根据光伏跟踪支架的结构特点,分析风荷载的结构传力机理。其次,根据风洞试验数据,计算不均匀风荷载的大小,并采用有限元分析方法,对跟踪支架的檩条进行强度分析,其损坏位置与实际情况相符。最后,提出改进结构,以减小檩条所受应力。文章提出的分析方法,能更为真实地反映实际情况,预告失效风险,为光伏跟踪支架檩条的强度分析提供更为准确的评估方法。

基于流固耦合的风荷载作用下声屏障强度分析

为了解道路上风荷载作用下声屏障周围的流场、所受风压、结构强度等情况,采用流固耦合分析方法对声屏障进行强度分析。采用单向流固耦合技术,首先建立声屏障流场模型,采用有限体积法求解稳态不可压流体湍流方程,分析流场计算结果,并提取流场中声屏障表面的风压数据;然后建立声屏障有限元模型,依次施加重力、风压进行静力计算,对声屏障强度进行校核。结果表明:受验模型的声屏障立柱、基础连接、螺栓均满足强度要求,并且采用单向流固耦合分析方法对声屏障进行风荷载条件下的强度分析具有可行性。

中频变压器绕组非正弦周期载荷振动特性分析

针对非正弦周期载荷作用下的中频变压器绕组振动问题,建立柱坐标下的圆筒形绕组和笛卡尔坐标下的矩形绕组动力响应数值计算模型,模型考虑了电磁-结构扰动的耦合关系。根据屈服条件和流动理论,建立变压器绕组弹塑性变形的动力平衡方程。引入夹层模型简化计算,计算得到夹层模型薄层间距,可用于绕组拉伸、压缩变形等效建模。通过一台中频变压器算例进行非正弦周期载荷作用下绕组动力响应的实验测量和数值计算。研究表明,三角波载荷与正弦波载荷作用下绕组振动特性相同,而矩形波载荷作用下绕组振动在激励周期内几乎不衰减。发生故障工况时,由于高频振动,绕组残余形变迅速积累。2 kHz的矩形波载荷作用下绕组在1 ms内极限载荷强度可下降至1/4。

梯形扰流筋对风电塔筒疲劳特性的影响

以某MW级风电塔筒为主要研究对象,应用仿真方法研究在塔筒表面增设梯形扰流筋对其疲劳强度的影响。为了降低涡激频率和提高塔筒静强度,应用流固耦合分析确定扰流筋的最优化筋型。根据Davenport功率谱模拟风电塔筒脉动风速时程和风荷载,得到加筋后塔筒上最大疲劳应力的时程曲线,并对比分析了增设扰流筋前后塔筒疲劳寿命的变化。最后应用雨流计数法得到加筋塔筒的变幅荷载谱,并基于材料特性和疲劳理论计算加筋塔筒的疲劳寿命。结果表明:在风电塔筒外表面加扰流筋虽然能有效削弱塔筒涡激振动的频率,但同时会削弱塔筒的疲劳强度,因此需要在确保加筋后塔筒疲劳寿命仍满足设计要求的前提下合理选择筋型。

不同强度湍流风对风力机气动载荷的影响

湍流强度是影响风力机载荷的重要因素之一。基于OpenFAST软件对NREL-5MW风力机进行了不同强度湍流风为入流条件下的数值计算,利用Turbsim软件生成的5%、10%、15%和20%这4种湍流强度的湍流风作为入流条件,探究了不同湍流强度对风力机叶根处的剪切力和弯矩的影响,并分析了不同湍流强度下风力机叶片整体的载荷分布情况。结果表明:随着湍流强度的增加,风力机的气动载荷和气动功率波动幅值相应出现规律性的增加,但大体变化趋势不变。10%、15%和20%湍流强度下的气动功率标准差比5%湍流强度下的分别高出87%、163%和243%,摆振弯矩标准差比5%湍流强度下的分别高出30%、64%和95%;叶片上的弯矩载荷从叶根向叶尖方向逐渐减小,且随着湍流强度的增加,叶片上的弯矩标准差值也随之增加,在叶根处差别最大,从叶根向叶尖方向逐渐减小,到叶尖处完全重合。且10%、15%和20%湍流强度下的叶根处第一个节点位置的挥舞弯矩比5%湍流强度下的摆振弯矩分别高出44.94%、93.1%和137%。湍流强度的增加对叶片的摆振弯矩影响最大。

风荷作用下的抛物面天线用螺栓强度分析

为保证实现风载作用下的∅1.3m抛物面天线的功能以及可靠性,对该类型天线上选用的螺栓进行受力计算和强度校核,得出该天线所用螺栓能够满足强度要求。为了验证计算结果的正确性,又对该天线选用的螺栓进行了实验验证,试验结果与计算结果吻合好。该校核计算及验证方法可为同类型天线整体结构设计和螺栓强度校核提供参考。

突变风与列车风耦合气动载荷下风屏障的强度分析

自然风与列车风的耦合气动作用是铁路风屏障产生弯曲、扭转等变形的主要原因。建立了列车-风屏障耦合的三维气动仿真模型,对风屏障在突变风与列车风耦合作用下压力分布规律进行了分析。建立了风屏障固体结构分析模型,对风屏障进行了模态分析,采用流固耦合的方法分析了风屏障在不同工况下的应力及变形量,据此对风屏障进行了强度校核。结果表明:风屏障自振频率最小为6.11 Hz,风屏障自振频率与列车风的振动频率相差较多,不会产生共振现象。在突变风与列车风耦合下,突变风的作用效果对风屏障的位移以及应力变化起决定性作用。在1.59 s时,风屏障在突变风与列车风耦合作用下产生最大位移,其中最大负位移达到1.42 mm,最大正位移达到0.605 mm。H形钢立柱产生最大的Mises应力,达到83.79 MPa,比列车风单独作用时增加了152.8%。可见突变风与列车风耦合会加剧风屏障的动力响应。

菱形风电运维平台结构设计与强度分析

随着海上风电场的开发逐步走向深海,对风电运维模式要求也愈发严格。本文提出以风电运维平台为中转站运维模式设计的一种菱形风电运维平台。在舷侧结构在浮式风电运维生活平台方案设计的基础上,对平台浮体提出2种结构方案,运用SESAM中Genie模块建立菱形平台有限元模型,确定边界条件和约束,施加环境载荷,对这2种结构方案在各工况下进行有限元强度分析,对比校核,最终得到结构强度满足要求且运维效率更高更安全可靠的平台结构。

风载荷下机载复合材料天线罩强度有限元分析

机载天线罩对重量要求高,需要承受较大的风载荷,多采用复合材料以满足要求,因此需要对天线罩进行强度校核。文中针对某机载天线罩首先进行风载荷的计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,CFD)有限元仿真,然后利用ANSYS ACP进行复合材料结构铺层设计,进一步通过流固耦合方法在计算风压工况的条件下对天线罩强度进行分析,最后通过许用应力、变形情况以及复合材料多失效准则校核对天线罩结构设计安全性做出判断。该机载天线罩在要求的风载荷条件下满足使用要求。

风机高强度螺栓在线监测及疲劳分析技术研究

提出一种基于超声波在线监测技术的螺栓疲劳损伤值计算方法。以风机变桨轴承-轮毂连接螺栓为例,对风力发电机组变桨轴承-轮毂连接螺栓轴力进行超声在线监测,获得风机运行过程中螺栓中的实际轴力-时间历程曲线,并将其转化为螺栓疲劳载荷谱;利用雨流计数法,获得风机理论寿命内不同螺栓应力循环的次数;结合螺栓材料的S-N曲线以及Palmgrem-Miner疲劳累计损伤理论,计算得到变桨轴承-轮毂薄弱部位螺栓的实际疲劳损伤值最大为0.37,远低于螺栓疲劳极限。

风电安装平台坐底冲刷结构强度分析评估

以“泓邦号”风机安装平台为例,对坐底式风机安装平台在坐底冲刷工况下的结构强度进行分析评估。利用FEMAP软件建立结构有限元模型,采用NX-Nastran求解器对平台的整体结构强度进行计算和评估。在此基础上,对平台在不同冲刷掏空条件下的结构强度计算结果进行对比,为同类型风电安装平台在坐底冲刷工况下的强度分析提供参考。

桥梁主塔施工用钢管桩支架结构有限元分析

针对某钢结构桥梁主塔施工中的钢管桩支架结构,分别计算钢管桩支架结构在主塔某组合段钢梁载荷、风载荷及其共同作用下的von Mises应力.根据计算结果分析风载荷对结构的影响,得出风载荷影响最大von Mises应力出现的位置;计算组合段钢梁和风载荷共同作用下钢管桩支架结构的屈曲临界载荷.通过对其强度和稳定性进行分析,提出钢管桩支架结构的优化方案,指导桥梁主塔的安全施工.

水平轴风力机轮毂强度和疲劳寿命分析方法研究

针对水平轴风力机轮毂复杂的几何外形、载荷与边界条件,研究其强度和疲劳寿命数值分析方法。应用结构分析软件ANSYS并结合疲劳分析软件FE-safe对风力机轮毂进行强度和多轴疲劳寿命分析。研究了风力机轮毂结构强度数值分析中的一些关键技术问题,如网格划分、载荷施加、边界约束条件的处理及分析技巧等;利用叶片根部极限载荷对轮毂进行强度校核,得出轮毂极限载荷下的应力分布。基于风力机叶片根部随机载荷谱和线性累积损伤方法,研究了轮毂多轴疲劳特性及疲劳寿命分析方法;研究了轮毂材料的S-N曲线定义和各工况下随机载荷谱的分析处理方法。算例表明:本文的工作为水平轴风力机轮毂强度、刚度及多轴疲劳寿命分析等提供了实用的分析方法。

海上风机基础结构力学分析

结合我国第一个海上风力发电示范项目,利用ABAQUS有限元软件分析了海上风机的基础结构与风机塔架的整体动力特征和风机基础在不同动力荷载作用下的耦合特征,给出各种荷载,如风荷载、风机运行荷载、冰荷载、波浪荷载等,并研究了各种荷载对风机基础结构强度的影响规律。以期为海上风机基础的设计提供参考。

5MW风力机地震工况塔架动力学响应研究

基于FAST开源软件和Wolf土-构耦合(SSI)模型建立了风力机地震工况动力学仿真模型,并计算了5种不同平均风速的气动载荷与101种不同强度的地震载荷联合作用下风力机的动力学响应.结果表明:在额定风速下,气动载荷与地震载荷之间为非线性耦合,评估风力机地震动力学响应时,必须充分考虑风-震耦合效应;风速相同时,塔基最大弯矩先保持不变,再以线性增长的趋势变化;在低强度地震时,塔架不同高度处的最大弯矩与塔架高度之间为线性关系;随着地震强度的逐渐增大,塔架最大弯矩与塔架高度之间的关系逐渐变为非线性,且额定风速下塔架最大弯矩最大.

井架结构在风载作用下的安全性分析

分析井架的抗风能力对井架安全性评价具有重意义。在井架结构风荷载计算的理论基础上,建立桅形井架模型,并对桅形井架在最大钩载工况下背风、侧风、45°风时的安全性进行有限元计算分析。分析结果表明:井架在最大钩载工况各风荷载作用下最大位移均发生在井架顶部,应力最大值位置则是变化的;井架在承受最大钩载背风、45°风时均满足强度要求,且后立柱具有较高的强度储备,可减小后立柱的截面尺寸以优化结构;在侧风时最小安全系数为1.59,小于API Spec 4F规定的许用安全系数1.67,因此建议对井架结构薄弱位置进行加固。

塑料门窗强度设计关键问题的研究

从单位风荷载的计算入手，依据相关的国家标准及行业规范，从窗框（扇）强度的设计、固定螺钉数量的确定以及玻璃强度的设计等方面，详细探讨了塑料门窗强度设计应注意的关键问题。

综合集成桅杆模拟风载强度实验研究

综合集成桅杆是一种新型的封闭式筒形桅杆,风载是其受到的主要载荷.根据综合集成桅杆在风中的受力特点,提出新型的机械力模拟风载和流体力模拟风载加载技术,开展了桅杆强度实验研究.实验测量了桅杆的应力响应和位移响应,实验结果与数值计算结果吻合较好.分析表明:在设计载荷内,桅杆复合材料结构和钢质结构的响应均呈现出线性特征,验证了结构设计的合理性;桅杆结构的大开口区域对强度有较大的影响.论文所采用的强度实验方法具有较高的精度,为封闭式筒形桅杆风洞强度实验提供了较为理想的替代方法.