柔性塔架的載荷和動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析研究.pdf

1、塔架作為風(fēng)力機(jī)組的主要承力部件，塔架的安全狀況直接決定了整個(gè)風(fēng)力機(jī)的安全性。隨著風(fēng)力機(jī)朝大型化方向發(fā)展，風(fēng)力機(jī)塔架柔性已不容忽視。當(dāng)塔高高于100m時(shí)，同等高度柔性塔架較剛性塔架重量大幅降低，有效的降低了塔架的生產(chǎn)和運(yùn)輸成本。但柔性塔架的大變形不僅會(huì)影響塔架自身的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度，還會(huì)影響風(fēng)輪葉片的位置，影響整機(jī)的穩(wěn)定性。因此，基于風(fēng)力機(jī)組柔性經(jīng)濟(jì)性以及塔架大變形的考慮，研究柔性塔架的載荷和動(dòng)態(tài)響應(yīng)具有重要的工程實(shí)際意義。
　　本文對風(fēng)力

2、機(jī)氣動(dòng)分析理論進(jìn)行了調(diào)研，闡述了近海風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪和塔架的氣動(dòng)載荷計(jì)算方法，為近海風(fēng)力機(jī)氣動(dòng)載荷計(jì)算提供了理論基礎(chǔ)。同時(shí)，介紹了常用的波浪理論，采用Morison方程計(jì)算塔架的波浪力。并利用FAST中的HydroDyn模塊在JONSWAP波浪頻譜模型的基礎(chǔ)上對不規(guī)則波浪進(jìn)行仿真，得到了波浪的速度和加速度參數(shù)。從而計(jì)算出了波浪力，為風(fēng)力機(jī)塔架動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析提供計(jì)算基礎(chǔ)。
　　本文詳細(xì)闡述了柔性塔架的定義。以美國可再生能源實(shí)驗(yàn)室（NREL）

3、5MW風(fēng)力機(jī)塔架為參考，通過修改塔架的高度、壁厚、直徑等特征參數(shù)，在ANSYS中建立了5MW風(fēng)力機(jī)柔性塔架模型，并進(jìn)行了模態(tài)分析，得出柔性塔架的固有頻率和固有振型。
　　利用FAST中的Areodyn和HydroDyn模塊間的結(jié)合模擬風(fēng)浪載荷的疊加，分別計(jì)算剛性塔架和柔性塔架在考慮波浪與否情況下的載荷響應(yīng)。結(jié)果表明，相比鋼架性塔，柔性塔架的塔底剪力在波浪載荷作用方向上變化幅度更大，在非波浪載荷作用方向上變化幅度明顯減小；而柔性塔架

4、的塔底彎矩正好相反，它在波浪載荷作用方向上變化幅度比剛性塔架更小，在非波浪載荷作用方向上變化幅度明顯增大。
　　為分析塔架在風(fēng)浪載荷作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)，將塔架簡化為懸臂梁，并進(jìn)行有限元離散建模。根據(jù)前面計(jì)算的風(fēng)浪載荷數(shù)據(jù)，建立了柔性塔架結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)方程。同時(shí)，用Newmark法求解動(dòng)力學(xué)方程，編制相應(yīng)的計(jì)算機(jī)程序，得到柔性塔架的動(dòng)態(tài)響應(yīng)數(shù)據(jù)。將本文計(jì)算結(jié)果與FAST計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對比，取得一致的仿真結(jié)果，說明本文模型的可靠性。此外，本