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文檔簡介
1、海上風(fēng)力發(fā)電是現(xiàn)今發(fā)展最快的新能源項目,其建設(shè)成本比較高,海上風(fēng)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的投入占到海上風(fēng)電總投入的30%左右,機組由于塔架結(jié)構(gòu)受損而損壞的比例達到了18%,也說明了支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計在整個風(fēng)電結(jié)構(gòu)設(shè)計中占有重要地位。然而,我國海上風(fēng)電市場還處在起步階段,針對海上風(fēng)電系統(tǒng)的安全監(jiān)測體系尚不成熟。由于海上風(fēng)電場所處環(huán)境比較惡劣,支撐結(jié)構(gòu)在惡劣的環(huán)境荷載下可能破壞,影響風(fēng)電場的正常運行,甚至造成巨大的經(jīng)濟損失,故需要對風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)進行實時監(jiān)測。然
2、而對風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)的每個節(jié)點都安裝監(jiān)測設(shè)備是不可能的,在此就迫切需要對海上風(fēng)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進行傳感器的位置優(yōu)化研究,利用最少的傳感器獲得結(jié)構(gòu)盡量多的模態(tài)信號,從而降低監(jiān)測成本及提高監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
本文的研究重點是對海上風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)進行傳感器位置優(yōu)化,在前期工作中采用有限元軟件對支撐結(jié)構(gòu)的受力情況進行比較詳細的受力分析,找出支撐結(jié)構(gòu)在極端工況及正常工況下的危險構(gòu)件和危險區(qū)域,以便在試驗階段對這些區(qū)域進行重點監(jiān)測。然后再建立海上風(fēng)電
3、支撐結(jié)構(gòu)的數(shù)值模型,并利用有效獨立法和Guyan擴階法對其進行傳感器位置優(yōu)化,研究目的是利用盡可能少的傳感器獲得結(jié)構(gòu)盡可能多的模態(tài)信息,在很大程度上降低結(jié)構(gòu)的監(jiān)測成本,傳感器數(shù)量越少越有利于整個監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
本文發(fā)展了一種模態(tài)振型非迭代擴階方法。該方法引入了一個由對應(yīng)于主自由度的實測數(shù)值及對應(yīng)于從自由度的待估算數(shù)值組成的復(fù)合向量,同時修正了結(jié)構(gòu)未測試自由度的振型值,從而實現(xiàn)模態(tài)振型的直接擴階。該方法在一定程度上無需考慮
4、實測結(jié)構(gòu)和有限元模型之間在剛度特性上的建模誤差,通過對未測試自由度的振型值進行修正而實現(xiàn)模態(tài)振型的直接擴階,整個估算過程不需要迭代求解,計算效率也很高。通過導(dǎo)管架式三樁海上風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)的模型試驗來驗證該方法的可靠性以及工程適用性。
模態(tài)參數(shù)識別方法選取特征系統(tǒng)實現(xiàn)算法,模態(tài)振型擴展方法選取傳統(tǒng)的Guyan算法,傳感器位置優(yōu)化以相同數(shù)量的安裝水深較小位置為優(yōu)化目標。對海上風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)傳感器位置優(yōu)化的數(shù)值研究方案進行補充。
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