柔性塔架的載荷和動態(tài)響應(yīng)分析研究.pdf

1、塔架作為風力機組的主要承力部件，塔架的安全狀況直接決定了整個風力機的安全性。隨著風力機朝大型化方向發(fā)展，風力機塔架柔性已不容忽視。當塔高高于100m時，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)和運輸成本。但柔性塔架的大變形不僅會影響塔架自身的結(jié)構(gòu)強度，還會影響風輪葉片的位置，影響整機的穩(wěn)定性。因此，基于風力機組柔性經(jīng)濟性以及塔架大變形的考慮，研究柔性塔架的載荷和動態(tài)響應(yīng)具有重要的工程實際意義。
　　本文對風力

2、機氣動分析理論進行了調(diào)研，闡述了近海風力機風輪和塔架的氣動載荷計算方法，為近海風力機氣動載荷計算提供了理論基礎(chǔ)。同時，介紹了常用的波浪理論，采用Morison方程計算塔架的波浪力。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)則波浪進行仿真，得到了波浪的速度和加速度參數(shù)。從而計算出了波浪力，為風力機塔架動態(tài)響應(yīng)分析提供計算基礎(chǔ)。
　　本文詳細闡述了柔性塔架的定義。以美國可再生能源實驗室（NREL）

3、5MW風力機塔架為參考，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風力機柔性塔架模型，并進行了模態(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)合模擬風浪載荷的疊加，分別計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。
　　為分析塔架在風浪載荷作用下的動態(tài)響應(yīng)，將塔架簡化為懸臂梁，并進行有限元離散建模。根據(jù)前面計算的風浪載荷數(shù)據(jù)，建立了柔性塔架結(jié)構(gòu)動力學方程。同時，用Newmark法求解動力學方程，編制相應(yīng)的計算機程序，得到柔性塔架的動態(tài)響應(yīng)數(shù)據(jù)。將本文計算結(jié)果與FAST計算結(jié)果進行了對比，取得一致的仿真結(jié)果，說明本文模型的可靠性。此外，本