预应力混凝土及钢塔筒的受力分析与优化

论文摘要

大型水平轴风力机在自然环境中受荷载情况非常复杂,所以荷载的计算和塔筒强度分析对于风力机的设计是非常重要的基础性文件。本文以容量为1.5MW的大型水平轴风力机为研究对象,基于叶片的动量-叶素理论来分析叶片的荷载,进而确定塔筒受到的荷载。根据日本规范对叶素进行荷载计算求得塔筒荷载以及通过中国规范直接进行塔筒受力计算等两种方法来分析并比较塔筒受到的荷载,由计算结果比较,得出日本的规范不仅在算法上完善在结果上也是比较保守的。另外还列出了工程上通用的其它计算荷载的方法,包括英国开发的GL-Blade软件、风洞试验等等。为了得到预应力塔筒的性能特点并验证预应力塔筒优于钢塔筒,在相同的荷载情况下,利用有限元分析软件ansysl2.0分别建立预应力混凝土塔筒与钢塔筒两种模型,施加荷载,进行模态分析、屈曲稳定分析与静力分析与,得到预应力塔筒的应力与应变、荷载与塔顶位移的关系曲线,预应力塔筒产生比钢塔筒更小的位移并能承受更多的应力,也更不易和叶轮发生共振。为了使材料成本减少、增加公司效益,在保证强度和稳定性的基础上,需要对预应力塔筒的壁厚、直径与钢筋面积以及钢塔筒的壁厚和直径进行优化,优化后预应力塔筒体积减少了3.4%,钢塔筒体积减少了3.7%,而两个模型的固有频率前后变化不明显。图52幅,表18个,参考文献46篇

论文目录

• 致谢
• 中文摘要
• ABSTRACT
• 目录
• 第一章 绪论
• 1.1 课题研究的背景
• 1.1.1 国外风电的发展
• 1.1.2 国内风电的发展
• 1.2 近期风电塔筒研究现状
• 1.3 钢塔筒与预应力混凝土塔筒
• 1.4 风力发电的未来发展趋势
• 1.5 本课题研究意义和研究内容
• 第二章 风电机组的荷载计算
• 2.1 风电机组的系统构成
• 2.2 风电机组的荷载组成
• 2.2.1 荷载传递路径
• 2.2.2 荷载组成
• 2.3 风电机组的荷载计算
• 2.3.1 动量理论与贝茨理论
• 2.3.2 叶素理论
• 2.3.3 迭代方法
• 2.4 实例计算
• 2.4.1 基于叶素理论的计算
• 2.4.2 塔筒受力的计算
• 2.5 本章小结
• 第三章 塔筒的建模与静力分析
• 3.1 建模分析
• 3.1.1 塔筒尺寸
• 3.1.2 单元选取
• 3.1.3 施加边界条件
• 3.1.4 塔筒的荷载施加
• 3.2 计算结果
• 3.2.1 静力分析
• 3.2.2 参数分析
• 3.3 稳定性分析
• 3.3.1 钢塔筒稳定性分析
• 3.3.2 预应力塔筒稳定性分析
• 3.3.3 屈曲分析及原理
• 3.3.4 屈曲模态
• 3.3.5 计算结果及分析
• 3.4 本章小结
• 第四章 塔筒的模态分析与优化设计
• 4.1 引言
• 4.2 基本方程
• 4.3 模态分析
• 4.4 优化分析
• 4.4.1 基本概念
• 4.4.2 优化过程与优化设计流程
• 4.4.3 数学模型与优化变量
• 4.4.4 实例与求解
• 4.5 本章小结
• 第五章 结论与展望
• 5.1 本文的主要结论
• 5.2 未来工作的展望
• 参考文献
• 作者简历
• 学位论文数据集