风力机塔架结构的抗风抗震特性研究

论文摘要

本文以某风力发电机塔架作为研究对象,以ANSYS作为分析平台,对风荷载及地震波载荷作用下的结构动力响应进行了研究。本文尝试利用ANSYS中的CFD模块进行风场的建模与计算分析,并将流场计算结果同塔架结构成功耦合,对三种极限工况下的风力发电机塔架的抗风特性进行了分析。结果表明,当考虑风荷载同结构的耦合作用时,塔架的横风向位移变化较小,而顺风向位移则有较大幅度的增加;塔筒上的应力极值有一定程度的增加,增加的幅度需要视具体的工况来定。对塔架进行抗震动力响应特性分析时,对土与结构之间的相互作用分别采用基础完全固接法、土弹簧模拟法、以及截取部分地基土同结构建立整体有限元模型三种方法,通过输入EI Centro双向水平地震波,对塔架在地震波作用下的动力响应进行分析比较。相较于刚性地基假定,利用弹簧单元模拟土与结构之间的相互作用时,沿塔架高度方向水平位移、速度以及加速度的幅值均有不同程度的增加,并且速度及加速度时程的变化频率更快。截取部分土体与塔架一起建立整体有限元模型时,位移响应幅值略大于以土弹簧模拟SSI效应时的相应值,而速度响应幅值却小于后者,随着高度的降低,这种现象更加明显。通过对塔架结构时程响应的比较分析,本文对三种分析方法进行了初步的探索和研究,本文的研究结果为风力发电机塔架的设计与分析提供了一种参考。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 高耸结构的抗风及抗震研究现状
• 1.3 结构仿真技术的应用及发展方向
• 1.4 本文主要工作和内容
• 第二章 风力发电机塔架的抗风特性研究
• 2.1 引言
• 2.2 耦合场分析的基本原理及应用
• 2.3 FLOTRAN分析基础
• 2.3.1 FLOTRAN单元的特点
• 2.3.2 流动方程和边界条件
• 2.3.3 单元分析和整体分析
• 2.4 风荷载理论
• 2.5 ANSYS建模与分析
• 2.5.1 风场模型的建立
• 2.5.2 塔架模型的建立
• 2.5.3 流场计算及塔架响应分析
• 2.6 本章小结
• 第三章 基于质量-弹簧-阻尼理论的塔架结构在地震作用下的动力响应仿真分析
• 3.1 引言
• 3.2 结构-地基动力相互作用及研究的发展历史及分析方法
• 3.2.1 结构-地基动力相互作用及研究的发展历史
• 3.2.2 结构-地基动力相互作用分析方法
• 3.3 质量-弹簧-阻尼系统理论基础及相关参数的确定
• 3.4 塔架的建模和分析
• 3.4.1 塔架模型的建立
• 3.4.2 二阶系统瞬态分析
• 3.4.3 刚性地基条件下结构动力响应及时程分析
• 3.4.4 基于质量-弹簧-阻尼理论的结构动力响应及时程分析
• 3.5 本章小结
• 第四章 结合部分地基土的塔架结构在地震作用下的动力响应仿真分析
• 4.1 引言
• 4.2 地基土的相关参数
• 4.3 有限元建模与仿真分析
• 4.3.1 计算土体的截取
• 4.3.2 塔架建模与分析
• 4.3.3 增大地基刚度对结构响应的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 结论
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢