风荷载作用下高耸塔架结构的动力响应

【摘要】现实生活中高耸结构很多,风力机作为一种高耸结构,在风能开发利用日益发展的今天,其结构安全已与人们的生活息息相关。高耸结构是一种高度较高、外形细长的结构,其外形特点决定了风荷载是其主要的控制荷载。随着科技的发展,风力发电机组正朝着大型化方向发展,叶片、塔架等结构尺寸在不断增大,为了保证风力发电机组的安全运行,对其进行风荷载下的动力响应分析有着重要意义。本文首先介绍了风荷载的基本概念和基本特性,研究了风荷载的计算方法及风对结构作用的分析方法。以某1.5MW水平轴风力机这一高耸结构为研究对象,根据结构的外形特征,利用ANSYS软件建立其有限元模型。结合我国《高耸结构设计规范》以及脉动风的时程模拟,对风力机分别在等效静力风荷载和动态风荷载作用下的响应情况进行研究。主要工作如下：1.为考虑基础刚度及叶片对风力机结构的影响,利用有限元软件ANSYS建立了水平轴风力机三种有限元模型,并通过对其进行固有特性研究,得到了各模型的振动频率、振型等固有特性参数。2.根据《高耸结构设计规范》分析了等效静力风荷载的计算方法,计算了两种工况下作用在风力机上的等效静力风荷载。利用ANSYS软件的静力分析模块分别计算了风力机在两种等效静力风荷载下的响应,并对结果进行了对比分析。3.介绍了脉动风荷载的模拟方法,选用Davenport风速谱作为目标谱,利用线性滤波法,用MATLAB编写脉动风的模拟程序,对风力机沿高度方向进行风速时程模拟,得到了风力机不同高度的风速时程,为风力机的动力响应研究提供了模拟风荷载。依据模拟得到的风荷载时程,对风力机结构进行动力响应分析,得到风力机各节点的位移、速度、加速度响应及结构的应力分布情况。4.将等效静力法与动力时程法下各节点的响应结果进行对比,表明对结构进行风荷载下动力时程分析有着重要意义。
【作者】王博；
【导师】宋曦；
【作者基本信息】兰州理工大学，工程力学，2014，硕士
【关键词】高耸结构；水平轴风力机；风荷载模拟；动力响应；ANSYS仿真；

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