格构式钢管混凝土风力发电塔架的有限元分析

论文摘要

水平轴风力发电机塔架主要可分为锥筒式和桁架式两类。目前对锥筒式塔架的研究较多，这种塔架安全性较好，但用钢量较大。桁架式塔架由格构肢柱联接而成，整体呈空间网格状，由于风荷载直接穿透塔架，从而避免塔架在风荷载作用下和叶片发生共振，相对于锥筒式塔架，受力方面有其独特优越性，因此有必要对桁架式塔架进行分析。本文以格构式钢管混凝土风力发电塔架为研究对象，以有限元软件ANSYS作为分析平台。首先根据格构式风力发电塔架的几何参数和受力特点，对塔架进行了初步设计；其次，在静力分析部分，利用ANSYS分析塔架在不同风荷载工况下的变形与应力，找出格构式钢管混凝土塔架的受力薄弱部位，得出在极限风速工况下，塔顶位移超过了限制，需要采取风振控制措施；又对格构式钢管混凝土塔架进行模态分析，得出塔顶机头质量和基础刚度与塔架一阶固有频率的关系曲线；最后，对格构式钢管混凝土塔架进行稳定性分析，研究不同荷载组合下的塔架失稳破坏形式，从而确定塔架的临界荷载。本文对格构式钢管混风力发电塔架的理论研究和有限元分析结果可以为塔架设计提供一些参考和建议。

论文目录

• 摘要
• Abstract
• 第一章 绪论
• 1.1 研究背景
• 1.2 风力发电的发展现状
• 1.2.1 国外发展现状
• 1.2.2 国内发展现状
• 1.3 风力发电机的分类
• 1.4 塔架的分类和研究现状
• 1.4.1 塔架的分类
• 1.4.2 塔架的研究现状
• 1.5 本文的主要工作
• 第二章 钢管混凝土塔架的理论基础与初步设计
• 2.1 钢管混凝土构件
• 2.1.1 钢管混凝土的特点
• 2.1.2 钢管混凝土的本构关系
• 2.2 钢管混凝土塔架受力分析
• 2.2.1 塔架风荷载
• 2.2.2 叶片风荷载
• 2.3 三肢柱塔架的初步设计
• 2.4 本章小结
• 第三章 不同风荷载工况下塔架的静强度分析
• 3.1 塔架风荷载的不同工况
• 3.1.1 额定风速下塔架结构的风荷载
• 3.1.2 切出风速下塔架结构的风荷载
• 3.1.3 极限风速下塔架结构的风荷载
• 3.2 有限元方法简介
• 3.3 三肢柱塔架静力分析
• 3.3.1 塔架有限元建立模型
• 3.3.2 塔架有限元模型建立
• 3.3.3 塔架有限元分析结果
• 3.4 结果讨论
• 3.5 本章小结
• 第四章 塔架的动力学分析
• 4.1 结构的振动方程
• 4.2 塔架的模态分析
• 4.3 塔架模态分析结果讨论
• 4.3.1 固有频率指标评价
• 4.3.2 塔顶总质量的影响
• 4.3.3 基础刚度的影响
• 4.4 本章小结
• 第五章 塔架的屈曲稳定分析
• 5.1 塔架屈曲稳定分析原理
• 5.1.1 失稳类型
• 5.1.2 基本力学公式[39]
• 5.1.3 有限元屈曲分析[41]
• 5.2 屈曲有限元分析实例
• 5.3 塔架屈曲稳定分析结果及讨论
• 5.4 本章小结
• 第六章 结论与展望
• 6.1 主要结论
• 6.2 研究展望
• 参考文献
• 在学研究成果
• 致谢