西部地区风电场基础受力特性分析及结构优化研究

论文摘要

随着新型能源逐步代替传统能源过渡时代的到来,可再生能源的开发利用已成潮流。近年来风力发电技术得到了长足的进步和广泛的发展,风机塔架高度的增加,风机型号的加大,使得风机机组基础所受荷载越来越复杂,加之风机基础结构设计技术不够成熟,直接导致风机倒塌事故频繁的发生和基础设计严重的不合理,所以急需对这种钢筋混凝土基础进行详细的受力特性分析及优化设计研究,以保证它的经济合理性。本文首先,对风机基础的设计原理和独特的结构构造进行分析,提出目前存在或潜在的设计问题,通过相关设计计算方法的归纳,对一个工程实例的原设计进行计算校核,提出风机基础设计理论的不足之处。其次,本文采用有限单元法,基于有限元模拟软件ANSYS建立典型荷载工况下风机基础的三维模型,考虑风机荷载的传递方式,基础环与混凝土之间及基础与地基之间的非线性接触,建立离散的钢筋模型,分别采用钢筋混凝土材料的线弹性模型和弹塑性模型进行计算模拟,更深入地对风机基础进行受力特性研究,发现规律,找出方法,提出风机基础环埋置深度和腹板厚度关系公式,以便为风机基础的设计施工提供一定的参考依据。最后,利用有限元软件ANSYS的优化设计功能,基于基础的受力特性分析结论,考虑基础实际尺寸及土压力分布情况,建立通用风机基础参数化模型。通过设计变量及优化变量的控制,对风机基础经行优化,得出最优设计方案,为风机基础结构设计和进一步的研究做出贡献。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 1 绪论
• 1.1 引言
• 1.2 问题的提出及研究意义
• 1.2.1 问题的提出
• 1.2.2 研究意义
• 1.3 风电基础的功能、类型
• 1.3.1 风电场基础的主要功能
• 1.3.2 风电场基础的类型
• 1.4 风电场机组基础的应用和研究现状
• 1.4.1 风电场基础国外研究现状
• 1.4.2 风电场基础国内研究现状
• 1.5 本文研究的内容
• 2 风机基础设计原理及原方案校核
• 2.1 风机基础的设计原理
• 2.1.1 风机基础结构
• 2.1.2 地基-基础相互作用
• 2.1.3 风机基础常规设计计算方法
• 2.2 原设计方案校核
• 2.2.1 研究背景
• 2.2.2 主要计算荷载
• 2.2.3 原设计方案校核
• 2.3 本章小结
• 3 风机基础受力特性分析
• 3.1 风机基础有限元模拟理论基础
• 3.1.1 风机基础模型选取
• 3.1.2 风机基础单元选取
• 3.1.3 钢筋混凝土本构关系
• 3.1.4 具体的系数及收敛措施
• 3.2 风机基础的三维分析和设计
• 3.2.1 有限元模型
• 3.2.2 风机基础弹性材料模型计算分析
• 3.2.3 风机基础弹塑性材料模型计算分析
• 3.2.4 风机基础—基础环共同作用分析
• 3.3 本章小结
• 4 风机基础优化设计研究
• 4.1 风机基础优化设计流程
• 4.2 问题描述
• 4.3 问题的参数
• 4.4 优化过程及结果
• 4.5 优化的结论
• 4.6 本章小结
• 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢