大型锥台型风电塔架结构振动测试及抗风抗震反应研究

【摘要】：作为发电设备的支撑结构，塔架所受荷载非常复杂，其安全性能直接关乎整个风力发电系统的正常运行。本文以内蒙古地区某1.5MW锥台型风力发电塔架为对象，首先对塔架结构进行了现场振动测试，然后对塔架结构适当简化并利用有限元软件ANSYS建立模型，并对塔架模型进行了模态分析、静力分析以及地震响应分析，在地震响应分析时考虑了竖向地震作用以及地基刚度对塔架动力响应的影响。 研究结果表明：塔架实测结果与有限元模拟结果接近，其中一阶频率为0.5，一阶阻尼比为1.82%；塔架不会发生共振破坏；塔架在运行时风轮推力在额定风速时达到最大，最不利风荷载工况为暴风风速，在暴风风速下塔顶位移接近限值，而材料强度安全储备较大；塔架在七度罕遇地震作用、七度多遇地震和额定风共同作用下最大应力和塔顶位移均小于暴风荷载作用下塔架的响应，在七度罕遇地震和额定风共同作用下塔架仍处于弹性阶段，但塔顶位移超出正常使用限值，竖向地震作用对塔架应力和塔顶位移影响不大；土与结构相互作用对塔架动力响应影响较大，塔筒与基础接触部位以及门洞附近有应力集中，为塔架薄弱部位，塔架良好的抗震体系设计需考虑土与结构相互作用。 本文对锥台型风力发电塔架结构的振动测试和有限元抗风抗震分析结果可以为风力发电塔架以及类似结构研究、设计及振动控制提供一定的参考依据。 【关键词】：锥台型塔架 风荷载 动力响应 地震作用 土与结构
【学位授予单位】：内蒙古科技大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2012
【分类号】：TU347;TU311.3
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 绪论9-17
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 风力发电的发展现状10-11
• 1.2.1 国外发展现状10-11
• 1.2.2 国内发展现状11
• 1.3 风电机组的分类11-12
• 1.4 塔架的分类和研究现状12-14
• 1.4.1 塔架的分类12-13
• 1.4.2 锥台型塔架结构的研究现状13-14
• 1.5 课题的提出和本文的主要工作14-15
• 1.5.1 课题的提出14-15
• 1.5.2 本文的主要工作15
• 1.6 课题的创新点与技术路线15-17
• 2 塔架的振动测试与模态分析17-28
• 2.1 结构的振动方程17-18
• 2.2 塔架的振动测试18-21
• 2.2.1 试验原理19
• 2.2.2 测点布置及测试过程19-20
• 2.2.3 测点频谱分析20-21
• 2.3 塔架有限元建模21-25
• 2.3.1 结构简化21-22
• 2.3.2 材料属性及单元的选择22-25
• 2.4 塔架的模态分析25-27
• 2.4.1 模态计算结果25-26
• 2.4.2 模态分析结果讨论26-27
• 2.5 本章小结27-28
• 3 塔架的静力分析28-35
• 3.1 塔架风荷载分析28-32
• 3.1.1 塔壁风荷载29-32
• 3.1.2 叶片风荷载32
• 3.2 计算结果与分析32-34
• 3.2.1 计算结果32-34
• 3.2.2 结果讨论34
• 3.3 本章小结34-35
• 4 塔架的地震响应分析35-52
• 4.1 基于反应谱法塔架的地震响应分析35-39
• 4.1.1 反应谱法的基本理论35
• 4.1.2 塔架反应谱分析35-37
• 4.1.3 计算结果分析37-39
• 4.2 基于时程分析法塔架的地震响应分析39-49
• 4.2.1 时程分析法介绍39-40
• 4.2.2 地震波的选取40-42
• 4.2.3 塔架时程分析结果42-49
• 4.3 时程分析法与反应谱法计算结果的比较49-50
• 4.4 塔架在风荷载与地震荷载共同作用下响应分析50-51
• 4.5 本章小结51-52
• 5 基于弹簧阻尼理论考虑土与结构相互作用塔架地震响应分析52-61
• 5.1 土与结构相互作用的基本理论52
• 5.2 土与结构相互作用的分析方法52-53
• 5.3 考虑土与结构相互作用风力发电塔架的计算模型53-54
• 5.4 考虑土与结构相互作用风力发电塔架的有限元分析54-60
• 5.4.1 基础与地基的工程概况54-55
• 5.4.2 ANSYS 有限元模型的建立55-56
• 5.4.3 塔架固有频率比较56
• 5.4.4 时程分析计算结果56-59
• 5.4.5 计算结果讨论59-60
• 5.5 本章小结60-61
• 结论与展望61-63
• 参考文献63-66
• 在学研究成果66-67
• 致谢67

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