大型錐臺(tái)型風(fēng)電塔架結(jié)構(gòu)振動(dòng)測(cè)試及抗風(fēng)抗震反應(yīng)研究

【摘要】：作為發(fā)電設(shè)備的支撐結(jié)構(gòu)，塔架所受荷載非常復(fù)雜，其安全性能直接關(guān)乎整個(gè)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的正常運(yùn)行。本文以內(nèi)蒙古地區(qū)某1.5MW錐臺(tái)型風(fēng)力發(fā)電塔架為對(duì)象，首先對(duì)塔架結(jié)構(gòu)進(jìn)行了現(xiàn)場(chǎng)振動(dòng)測(cè)試，然后對(duì)塔架結(jié)構(gòu)適當(dāng)簡(jiǎn)化并利用有限元軟件ANSYS建立模型，并對(duì)塔架模型進(jìn)行了模態(tài)分析、靜力分析以及地震響應(yīng)分析，在地震響應(yīng)分析時(shí)考慮了豎向地震作用以及地基剛度對(duì)塔架動(dòng)力響應(yīng)的影響。 研究結(jié)果表明：塔架實(shí)測(cè)結(jié)果與有限元模擬結(jié)果接近，其中一階頻率為0.5，一階阻尼比為1.82%；塔架不會(huì)發(fā)生共振破壞；塔架在運(yùn)行時(shí)風(fēng)輪推力在額定風(fēng)速時(shí)達(dá)到最大，最不利風(fēng)荷載工況為暴風(fēng)風(fēng)速，在暴風(fēng)風(fēng)速下塔頂位移接近限值，而材料強(qiáng)度安全儲(chǔ)備較大；塔架在七度罕遇地震作用、七度多遇地震和額定風(fēng)共同作用下最大應(yīng)力和塔頂位移均小于暴風(fēng)荷載作用下塔架的響應(yīng)，在七度罕遇地震和額定風(fēng)共同作用下塔架仍處于彈性階段，但塔頂位移超出正常使用限值，豎向地震作用對(duì)塔架應(yīng)力和塔頂位移影響不大；土與結(jié)構(gòu)相互作用對(duì)塔架動(dòng)力響應(yīng)影響較大，塔筒與基礎(chǔ)接觸部位以及門洞附近有應(yīng)力集中，為塔架薄弱部位，塔架良好的抗震體系設(shè)計(jì)需考慮土與結(jié)構(gòu)相互作用。 本文對(duì)錐臺(tái)型風(fēng)力發(fā)電塔架結(jié)構(gòu)的振動(dòng)測(cè)試和有限元抗風(fēng)抗震分析結(jié)果可以為風(fēng)力發(fā)電塔架以及類似結(jié)構(gòu)研究、設(shè)計(jì)及振動(dòng)控制提供一定的參考依據(jù)。 【關(guān)鍵詞】：錐臺(tái)型塔架 風(fēng)荷載 動(dòng)力響應(yīng) 地震作用 土與結(jié)構(gòu)
【學(xué)位授予單位】：內(nèi)蒙古科技大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2012
【分類號(hào)】：TU347;TU311.3
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 1 緒論9-17
• 1.1 研究背景9-10
• 1.2 風(fēng)力發(fā)電的發(fā)展現(xiàn)狀10-11
• 1.2.1 國(guó)外發(fā)展現(xiàn)狀10-11
• 1.2.2 國(guó)內(nèi)發(fā)展現(xiàn)狀11
• 1.3 風(fēng)電機(jī)組的分類11-12
• 1.4 塔架的分類和研究現(xiàn)狀12-14
• 1.4.1 塔架的分類12-13
• 1.4.2 錐臺(tái)型塔架結(jié)構(gòu)的研究現(xiàn)狀13-14
• 1.5 課題的提出和本文的主要工作14-15
• 1.5.1 課題的提出14-15
• 1.5.2 本文的主要工作15
• 1.6 課題的創(chuàng)新點(diǎn)與技術(shù)路線15-17
• 2 塔架的振動(dòng)測(cè)試與模態(tài)分析17-28
• 2.1 結(jié)構(gòu)的振動(dòng)方程17-18
• 2.2 塔架的振動(dòng)測(cè)試18-21
• 2.2.1 試驗(yàn)原理19
• 2.2.2 測(cè)點(diǎn)布置及測(cè)試過程19-20
• 2.2.3 測(cè)點(diǎn)頻譜分析20-21
• 2.3 塔架有限元建模21-25
• 2.3.1 結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化21-22
• 2.3.2 材料屬性及單元的選擇22-25
• 2.4 塔架的模態(tài)分析25-27
• 2.4.1 模態(tài)計(jì)算結(jié)果25-26
• 2.4.2 模態(tài)分析結(jié)果討論26-27
• 2.5 本章小結(jié)27-28
• 3 塔架的靜力分析28-35
• 3.1 塔架風(fēng)荷載分析28-32
• 3.1.1 塔壁風(fēng)荷載29-32
• 3.1.2 葉片風(fēng)荷載32
• 3.2 計(jì)算結(jié)果與分析32-34
• 3.2.1 計(jì)算結(jié)果32-34
• 3.2.2 結(jié)果討論34
• 3.3 本章小結(jié)34-35
• 4 塔架的地震響應(yīng)分析35-52
• 4.1 基于反應(yīng)譜法塔架的地震響應(yīng)分析35-39
• 4.1.1 反應(yīng)譜法的基本理論35
• 4.1.2 塔架反應(yīng)譜分析35-37
• 4.1.3 計(jì)算結(jié)果分析37-39
• 4.2 基于時(shí)程分析法塔架的地震響應(yīng)分析39-49
• 4.2.1 時(shí)程分析法介紹39-40
• 4.2.2 地震波的選取40-42
• 4.2.3 塔架時(shí)程分析結(jié)果42-49
• 4.3 時(shí)程分析法與反應(yīng)譜法計(jì)算結(jié)果的比較49-50
• 4.4 塔架在風(fēng)荷載與地震荷載共同作用下響應(yīng)分析50-51
• 4.5 本章小結(jié)51-52
• 5 基于彈簧阻尼理論考慮土與結(jié)構(gòu)相互作用塔架地震響應(yīng)分析52-61
• 5.1 土與結(jié)構(gòu)相互作用的基本理論52
• 5.2 土與結(jié)構(gòu)相互作用的分析方法52-53
• 5.3 考慮土與結(jié)構(gòu)相互作用風(fēng)力發(fā)電塔架的計(jì)算模型53-54
• 5.4 考慮土與結(jié)構(gòu)相互作用風(fēng)力發(fā)電塔架的有限元分析54-60
• 5.4.1 基礎(chǔ)與地基的工程概況54-55
• 5.4.2 ANSYS 有限元模型的建立55-56
• 5.4.3 塔架固有頻率比較56
• 5.4.4 時(shí)程分析計(jì)算結(jié)果56-59
• 5.4.5 計(jì)算結(jié)果討論59-60
• 5.5 本章小結(jié)60-61
• 結(jié)論與展望61-63
• 參考文獻(xiàn)63-66
• 在學(xué)研究成果66-67
• 致謝67

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