基于ANSYS有限元软件对在役风电塔筒的静动态模拟与安全评估研究

【摘要】：工业的快速发展,对能源的需求也日益加大,世界各国能源处于严重短缺状态,风力以其清洁、取之不尽的优势,成为世界各国争相发展的能源,也是当前技术发展相对较成熟,应用前景最好的一种能源方式。风能资源比较丰富的地区大多偏远,地理条件恶劣,风力发电主要要借助于风来提供动力,所以风电塔筒常年处在强风大风的持续冲击下,难免会使存在缺陷的塔筒发生倒塌事故,对风电产业造成相当大的损失。而对风电塔筒进行早期故障的方法有限,目前主要是通过无损检测手段进行检测,来判断塔筒的缺陷存在部位,此举对人力及成本的需求大,且检测周期长,实现不了对风电塔筒在役运行下进行快速实效的检测,从而对早期故障的预判及安全评估带来困难,为此我们借助于有限元分析方法,基于强度理论,结构动力学原理等有限元分析方法,以及ANSYS软件的相关规范,对在役风电塔筒做了详细的静态和动态分析并对其结果进行了分析,在此理论基础上,对研究结果通过先进的磁记忆技术进行了验证,得到理论下的风电塔筒危险位置与实际无损检测得到的危险位置很好的对应。论文的研究成果为在役风电塔筒的早期故障预测与安全评价提供了技术参考,具有一定指导意义和工程实用价值。论文主要内容如下： (一)利用有限元分析方法,建立了风电塔筒的有限元分析模型,同时将风电塔筒实际运行下的四种典型工况折算为能在ANSYS软件规范下加载到风电塔筒有限元模型上的载荷,进而实现了在四种工况条件下对在役风电塔筒的静态分析,从应力分布和塔筒随高度方向上的位移偏移量得出了塔筒运行下的应力集中部位以及塔筒发生偏移的最大部位。 (二)在上述有限元模型的基础上,对风电塔筒进行了动态分析,得到了风电塔筒运行下的固有频率和振动模型,同时从振动模型上进一步到了风电塔筒的应力集中部位以及塔筒塔身发生变形最严重的部位,为进行无损检测做了理论依据。 (三)通过上述静态和动态分析结果,在风电场对在役的风电塔筒进行了有针对性的磁记忆检测,验证了应力集中部位,对缺陷进行了定量分析,进一步通过传统的射线检测技术对应力集中部位进行了定性分析,分析了各种应力集中下的缺陷类型,为进一步进行缺陷定级、修复和安全评估做了基础。 【关键词】：风电塔筒 有限元方法 ANSYS软件 静态研究 动态研究 磁记忆检测 射线检测
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2013
【分类号】：TM614
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 第一章 绪论10-23
• 1.1 国内外风电发展及应用现状11-15
• 1.1.1 国外风电发展概况11-13
• 1.1.2 国内风电发展概况13-15
• 1.2 国内外对风电塔筒的研究现状15-18
• 1.2.1 国外研究现状15-17
• 1.2.2 国内研究现状17-18
• 1.3 课题背景、意义及研究内容18-23
• 1.3.1 课题研究的背景19-20
• 1.3.2 课题研究意义20-21
• 1.3.3 课题研究内容21-23
• 第二章 风电塔筒有限元模型的建立23-34
• 2.1 引言23
• 2.2 有限元法的原理与应用过程23-27
• 2.2.1 有限元法的具体步骤23-24
• 2.2.2 有限元法边界条件与控制方程24-26
• 2.2.3 ANSYS软件的介绍26-27
• 2.3 风电塔筒有限元模型的建立27-34
• 2.3.1 风电塔筒几何模型的建立27-34
• 第三章 塔筒静动态模拟与结果分析34-54
• 3.1 风电塔筒受力分析34-35
• 3.2 风电塔筒承载载荷计算35-36
• 3.3 静态分析36-46
• 3.3.1 在工况1(即V_(切入)=3 m/s)时静态分析36-39
• 3.3.1.1 在工况1(即V_(切入)=3 m/s)时位移结果分析38
• 3.3.1.2 在工况1(即V_(切入)=3 m/s)时应力结果分析38-39
• 3.3.2 在工况2(即V_(额定)=10.5 m/s)时静态分析39-42
• 3.3.2.1 在工况2(即V_(额定)=10.5 m/s)时位移结果分析41
• 3.3.2.2 在工况2(即V_(额定)=10.5 m/s)时应力结果分析41-42
• 3.3.3 在工况3(即V_(切出)=25 m/s)时静态分析42-44
• 3.3.3.1 在工况3(即V_(切出)=25 m/s)时位移结果分析43
• 3.3.3.2 在工况3(即V_(切出)=25 m/s)时应力结果分析43-44
• 3.3.4 在工况4(即V_(极限)=75m/s)时静态分析44-46
• 3.3.4.1 在工况4(即V_(极限)=75m/s)时位移结果分析45-46
• 3.3.4.2 在工况4(即V_(极限)=75m/s)时应力结果分析46
• 3.4 动态分析过程及结果分析46-52
• 3.4.1 动态分析的过程46-48
• 3.4.1.1 动态分析的定义46
• 3.4.1.2 动态分析的方法46-47
• 3.4.1.3 动态分析的步骤47-48
• 3.4.2 动态加载过程48-49
• 3.4.3 动态结果分析49-52
• 3.5 本章小结52-54
• 第四章 对在役风电塔筒的无损检测及结果分析54-60
• 4.1 引言54
• 4.2 对塔筒底座无损检测结果分析54-56
• 4.3 对塔筒底段和中段连接处无损检测结果分析56-57
• 4.4 对塔筒中段和顶段连接处无损检测结果分析57-58
• 4.5 本章小结58-60
• 结论60-62
• 参考文献62-66
• 致谢66-67
• 附录A 攻读学位期间发表的论文67

您可以在本站搜索以下学术论文文献来了解更多相关内容

风力发电机锥筒型塔架的模态分析    李斌;姜福杰;

金属磁记忆技术表征应力集中、残余应力及缺陷的探讨    董丽虹;徐滨士;董世运;宋丽;陈群志;石常亮;

壳体的有限元线法分析(Ⅰ)——基本理论    叶康生,袁驷

横向振动圆柱体在流体中的动力学特性    袁振伟;褚福磊;王三保;

先进国家的风力发电现状及其前景    张焕芬,喜文华

焊接结构的金属磁记忆检测    于凤云;毛成龙;

金属磁记忆在焊接缺陷检测领域的研究现状及发展    邸新杰;李午申;

金属磁记忆检测的原理及应用    张志超;

风力发电机塔架的有限元分析    王慧慧;黄方林;吴合良;邓世海;

基于有限元模拟的风力机塔架优化    庞强;董湘怀;王鹏;

风力发电机组塔筒结构分析研究    冯博

钢结构塔架的风振疲劳分析    周春良

基于有限元法的水平轴风力机塔架动态响应与优化问题研究    吕钢

挑梁根部设钢筋混凝土柱时设计计算方法    梁建国,湛华

自重对索网结构找形的影响    李扬,高日,晏景通

用ANSYS软件计算桥梁结构的温度应力    段凯,杨新华,杨文兵

昆明某大厦纠偏的有限元分析    马杰,侯景军,何英明

在地震波作用下地下连续墙的动力响应    薛松涛;张茂雨;谢丽宇;陈镕;王远功;

框架—支撑钢结构抗震性能的有限元分析    黄怡;王元清;石永久;

温度作用对钢筒仓结构影响的有限元分析    陈辉;袁海庆;李盛;刘文龙;高翔;

西部红层软岩地区某桥梁扩大基础有限元分析    左立;曾祥勇;

几何非线性新梁柱单元及结构程序设计    张俊峰;王利娟;郝际平;李天;

刚架结构支座沉陷的三维有限元分析    陈长冰

板簧支架动态外载的计算和疲劳分析    李辉;孙利平;雷龙;

MW级风力机变桨系统扰动力的仿真研究    邱少军;蒋仕龙;楼云江;李文博;刘超川;胡旭光;

基于ANSYS的太阳能自动跟踪机构仿真及实验分析    欧阳玉平;洪添胜;文韬;孙同彪;

CAE建模与工程验证    谢素明;李晓峰;兆文忠;李娅娜;

厢式半挂车有限元分析    龚友;王宪增;沈礼庆;

离散元与壳体有限元结合的多尺度方法及其应用    唐志平;胥建龙;

换热器直管非线性振动及运动稳定性分析    李安军;邢桂菊;周丽雯;

ANSYS在顶驱减速箱设计中的应用    陕小平;刘广华;邹连阳;李一心;谢宏峰;张红军;

几何非线性气动弹性及其在我国的研究现状    谢长川;徐焱;杨超;

汽车前悬架总成的耐久性仿真研究    王成龙;周震华;

光纤陀螺光路偏振特性及温度性能研究    张琛

导电材料结构电磁热弹性多场行为的理论研究    白会娟

铝合金型材挤压的数值模拟及模具结构优化研究    潘健怡

网格结构精细化有限元分析方法研究    刘海锋

大型滑履磨机结构分析及焊接工艺研究    曾芳

基于犬双心室电力学复合模型的心力衰竭仿真研究    窦建洪

兆瓦级风电机组状态监测及故障诊断研究    单光坤

混凝土多孔砖墙体裂缝控制的相关力学性能研究    李妍

大尺度复杂张拉薄膜结构整体分析理论及其软件化    乔磊

节理岩体本构模型和其细观力学方法理论研究    肖卫国

基于磁控技术的TIG焊残余应力的研究    张学武

大型渠道混凝土振动密实成型数值模拟研究    刘帅

长脉冲激光与金属相互作用的热分析    范子嘉

纤维增强聚合物复合材料力学性能的数值预测    辛栋

兆瓦级风机变桨系统研究    李文博

基于遗传算法的堤防材料动力特性反演分析    周宇龙

基于变形控制的复合地基变刚度概念设计研究    王会杰

基于模型修正及体系可靠度的桥梁结构性能评价    俞顺

浅层地表缺陷动力探测技术研究    王斌

细晶粒钢筋粘结锚固性能的试验研究    李殿文

桅杆结构风振疲劳分析    屠海明,邓洪洲

利用巴克豪森噪声无损测量铁磁材料硬度试验研究    李强,缪龙秀,王润志,孙元德,邹洪寿

磁记忆检测方法及其应用研究    张卫民,董韶平,杨煜,许淳淳,池琳,陈晓梅

风力发电机锥筒型塔架的模态分析    李斌;姜福杰;

风力机叶片动力特性测试分析方法研究    黄小华;李德源;

220千伏A1──19．1型直线猫头塔使用寿命的分析与预测    侯成林，肖　琦，全玉生

穿越管道的疲劳失稳风险评估方法的研究    余建星,詹强,吴海欣

遗传算法综述    刘立平,牛熠

我国风力发电产业发展的现状、问题与对策    邓小凌,冯志文

失速型风力发电机系统振动仿真分析    何婧;何玉林;金鑫;刘桦;

基于有限元法的风力发电机组塔架优化设计与分析    李华明

钢结构塔架的风振疲劳分析    周春良

基于有限元法的水平轴风力机塔架动态响应与优化问题研究    吕钢

大型水平轴风力发电机锥筒型塔架的有限元分析及优化设计    姜福杰

ANSYS在挠性陀螺仪温度场分布分析中的应用    周百令,胡永华,王寿荣

大型有限元软件ANSYS在电磁领域的使用    王世山,王德林,李彦明

用ANSYS模拟混凝土叠合面受剪试验    何大治

用ANSYS分析计算盘式永磁电机二维电磁场    吴杰,解锦辉,任修明

微小卫星模块化结构的动力特性仿真分析(英文)    张晓燕,郭志平,庞如英

基于ANSYS的电磁轴承特性分析系统    祝长生,郑坚强

结构稳态响应求解的一种新方法    郭辉,赵宁

用ANSYS进行预应力加载时解决损失的方法    陈玉峰

ANSYS路径映射技术在结构分析中的应用    胡晓伦,陈艾荣

ANSYS在连续刚构桥温度效应分析中的应用    黄炳权

基于ANSYS的管座角焊缝磁轭法检测工艺分析    刘长福;李中伟;敬尚前;赵纪峰;张广兴;贾超华;

ANSYS单元生死技术在模拟导管架建造过程中应用    王永召;田旺生;杨明旺;卫旭敏;

圆形活塞压电振子带通Q值的ANSYS分析    徐敏;丛健生;王秀明;

钢框架—填充墙结构体系受力特点以及ANSYS在其结构中的应用概述    崔名相;陈向荣;周剑;刘中伟;

基于ANSYS的煤巷锚杆支护优化模拟分析    马利军;孙波;孙利辉;

ANSYS在宝日希勒露天矿采场边坡稳定性应用分析    黄玉凯;

基于ANSYS二次开发的焊接结构有限元分析系统    刘维;丁文斌;朱莉娜;

基于ANSYS的接头热防护结构热力耦合分析与设计    骆寰宇;邓忠民;

基于PROE和ANSYS的螺栓法兰静载模拟分析    徐辰;赵东;

基于ANSYS的雷达车载平台结构优化与试验    张迎滨;

ANSYS12.0新版本发布会在京召开    赵辉

ANSYS 9.0融合更多功能    

ANSYS协同仿真环境    

ANSYS在航空工业的应用    

ANSYS 9.0新功能    

ANSYS之独有词汇    

ANSYS公司与中国航空工业加强合作    张铁钧

ANSYS新一代航空气动解决方案    焦立新

ANSYS在燃气涡轮发动机结构分析中的应用    曹磊 古远兴 卿华 王卫国 范志强 王梅

中国航空工业期待协同仿真环境    

磁性液体粘性减阻的实验研究    孙明礼

高压静电纺丝机设计及静电场优化研究    段宏伟

脉冲强磁体分析设计的理论与实践    彭涛

高速铁路桥上无缝线路纵向附加力三维有限元静力与动力分析研究    徐庆元

IPC-208B型原子力显微镜系统改进及其压电微悬臂的研究    刘安平

中型喷浆机器人虚拟样机技术    宋志安

基于ANSYS的板式家具结构强度分析与优化设计研究    何风梅

深基坑工程三维仿真分析系统开发研究    李维涛

纸浆模塑包装结构的缓冲性能及其可靠性研究    张业鹏

挖掘装载机装载工作装置动力分析、动态应力仿真研究及动臂结构拓扑优化    范文杰

基于ANSYS有限元软件对在役风电塔筒的静动态模拟与安全评估研究    曹力

特殊场地上的土-结构共同作用初步研究    王一功

猪舍加温地板研究    李陆钦

土体隧道围岩稳定性分析与研究    李晓娟

蠕变条件下1.25Cr-0.5Mo钢疲劳裂纹扩展数值模拟分析    潘锦泰

钢筋混凝土板的有限元法分析    卢致强

计算机模拟片材挤出    张先明

大坝渗流监测系统设计及渗流计算机模拟    李军华

高过载火箭发动机零部件结构强度设计与分析    张珑

液压支架推移框架的静力学数值模拟分析    杨桢