基于ANSYS的风机结构动力响应分析

本文采用Ansys软件对风机单桩基础结构动力特性进行分析。基于谐波合成法及流体力学方法推导出风机塔架上的风荷载时程,利用线性波理论结合Morison方程,得出近海风机塔架所受的波浪荷载时程。计算了在风,浪联合作用下近海风机塔架所受的最大荷载、法兰处位移及其动力响应,为风机塔架设计关键参数确定提供依据。     

TMD对海上风电塔架减振效果研究

基于对TMD减振原理,针对海上风力发电塔架结构特点,将TMD减振技术应用于海上风力发电塔架中。在仿真计算时,将软件模拟的风机对塔架的作用力时程施加在塔架模型中,在考虑浪流荷载作用下研究了TMD对风力发电塔架的减振效果。结果表明TMD结构对塔架的振动能够起到良好的减振作用。     

牵索锚固式海上风机基础结构设计与分析

海上风电开发中随着水深增加,传统的固定式风机基础的劣势逐步显现,建造成本也显著增加。本文提出了一种适用水深范围广、结构简单、刚度可调的新型牵索锚固式海上风机基础结构。结合海上风电场设计实践和经验,归纳了牵索锚固式海上风机基础的设计重点。以3MW海上风力发电机组为例,分析不同牵索结构设计参数对基础结构的影响,通过计算发现,索缆根数、夹角对结构位移影响显著,而对应力影响微弱,索缆牵拉位置对结构应力位移影响都很显著。分析牵索锚固式风机基础结构在工作荷载和环境荷载耦合作用下的力学性能,计算结果显示,牵索锚固式海上风机基础结构不会发生强度破坏,但位移可能超过使用限制。     

基于ANSYS零阶方法的海上风机单桩基础优化分析

采用ANSYS有限元软件模拟了某海上风机单桩基础,考虑风、波浪、海流等环境荷载的共同作用对风机基础进行了拟静力分析,基于ANSYS零阶优化方法对桩基尺寸进行了优化。在保证位移、应力及稳定性要求的前提下,减小了桩基壁厚,优化后使桩基的总体积减小了33.4%,达到了轻型化设计目的;结合优化过程中目标函数、设计变量和状态变量的变化规律,提出了桩顶位移是优化设计的主要限制条件,结构设计时可以考虑进行形状拓扑优化;在保证桩顶位移的情况下,可以适当减小桩基础某些地方的壁厚,使材料的强度得到充分的利用。     

海上风机塔筒腐蚀机理和防护措施研究

因海洋环境复杂,海上风机塔筒存在多种类型的腐蚀破坏,腐蚀机理各不相同。在分析海上风机塔筒各类腐蚀机理的基础上,总结影响风机塔筒腐蚀的主要因素。在考虑上述因素的情况下,对某海上风机塔筒防腐工程采用牺牲阳极阴极保护联合覆盖保护层的防腐技术进行数值计算。计算考虑海水和海泥介质电导率、交换电流密度和极限电流密度等差异,研究了在海水和海泥介质中风机塔筒有无保护层部位所对应牺牲阳极消耗规律。根据数值计算分析,结合实际工程提出一种延长牺牲阳极寿命的高阻隔防护工程措施,并在海上风机塔筒防腐中进行了实际应用,验证了其防腐的有效性。     

不同风向和风速下跨长江航道输电塔桩基三维变形特性研究

为了满足长江南岸的用电需求，跨长江输电塔的建设规模不断扩大。依托江苏凤城至梅里385 m高的大跨越工程，开展精细化三维有限元数值模拟，系统研究了风速、风向角、土层参数和桩径对大跨越塔桩基变形特性的影响。发现风荷载作用下，大跨越塔所受的最大拉力和压力均位于塔脚位置。45°、60°风向对跨越塔桩基影响最大，45°、60°风向引起的桩基水平位移和沉降比0°、90°风向工况大13.0%和26.9%。上部土层压缩模量增加一倍后，风荷载引起的桩基最大水平位移降幅高达28.9%,而黏聚力增加一倍后桩基最大水平位移降幅不到3%。随着跨越塔桩基直径的增加，风荷载引起的桩基水平位移不断降低；但是桩径从1.4 m增至2.0 m后，桩基最大水平位移降幅不足10%。相比于采取大直径桩，上部软土层加固能更好地限制风荷载引起的桩基位移。研究成果为跨长江输电塔桩基设计提供一定的指导。     

海上风力发电塔架结构风载涡激振动及疲劳分析

结合我国首座海上风力发电示范项目,基于RANS方法的SST湍流模型,应用ANSYS+CFX流-固耦合的方法针对风力发电塔架结构进行风载涡激振动数值模拟。得到了在不同风速下塔架易破坏处的应力时程曲线。将热点应力时程进行雨流处理,同时结合结构的S-N疲劳曲线及Miner疲劳累积损伤理论,进行了塔架结构疲劳载荷谱的编制,并对塔架结构进行了疲劳寿命分析。     

基于多因素耦合的超大型风电安装船设计参数有限元计算与实船参数验证

针对超大型深水海上风机安装平台受到海洋等环境载荷的作用出现应力集中、应力周期性变化等特性,进而导致海上风机安装平台强度失效的问题,需要研究超大型深水海上风机安装平台结构强度各项参数有限元法优化设计方法。提出耦合5因素正交优化的有限元法分析方法,解析自升状态下的船位置点位移与时间变化的关系和结构中薄弱点应力与时间变化,并利用多因素耦合多因素正交优化方法优化超大型风安装船全船结构设计获取参数值,与超大型自升式风电安装船的实际参数进行对比。计算结果表明,参数优化后的自升式风机安装平台作业位置点的位移随时间变化程度和结构弱点的应力时程变化得到改善。研究提出的方法,对于造价昂贵、建造周期长的超大型海上风机安装平台而言,可以有效减少成本,提高船体寿命。     

风浪联合作用下海上TLP浮式风机动态响应分析

为分析风浪联合作用下海上TLP浮式风机动态特性,采用叶素动量理论,建立了考虑平台运动的风荷载计算程序,并用FAST进行验证。通过AQWA二次开发实时调用耦合平台运动的风荷载计算程序进行海上TLP浮式风机全耦合动态响应分析,研究了风、浪作用下TLP浮式风机平台及张力筋腱响应特性。结果表明,平台运动致使风荷载波动幅度增大,风荷载幅值在波频处出现峰值,分析中需考虑平台运动与风速之间的耦合效应;正常工况下风荷载使得TLP浮式风机运动响应幅值在低频处的数量级明显增大,整体分析中需详细计算风荷载的影响。     

海上风力发电机组支撑结构动力响应特性研究

支撑结构设计是大型海上风电机组设计的重要部分。文章分析了海上风电机组的各种环境载荷,并以3MW风力机组为例计算其所受环境载荷,包括作用在支撑结构顶端的由风机叶轮转动引起的水平轴向力、作用在塔筒上的风载荷以及作用在基础上的海流、海浪载荷,并采用非线性弹簧来模拟基础与海底土层之间的相互作用。在考虑风轮影响情况下,利用有限元法对支撑结构进行了模态分析。最后,分析了环境载荷作用下支撑结构的动态响应。计算结果表明,在对海上风力发电机组进行动态响应计算时,环境载荷之间的相互耦合作用不能忽略。     

冰区海上风机的动力响应及疲劳分析

本文针对冰区作业的海上风机进行动力响应分析与疲劳损伤计算。采用Kaimal风速谱进行风载荷计算。采用K?rn?冰力谱进行冰载荷计算。分别进行风载荷、冰载荷与风冰联合作用3种不同工况下的海上风机动力响应分析与疲劳损伤评估。结果表明,风载荷作用下塔筒顶端位移要远大于冰载荷作用。风冰联合作用下风机在泥面处的支座反力与弯矩均大于单一载荷的作用。冰载荷作用下风机的疲劳损伤小于风载荷所造成的疲劳损伤,但风冰联合作用下风机的疲劳损伤均大于任一载荷单独作用。采用DNV方法计算得到的疲劳损伤值较接近风冰载荷联合作用计算结果,且偏于保守。     

某高桩码头结构行车移动荷载分析

为了研究码头结构在上部刚架行车移动荷载作用下的结构安全性,针对某钢-混凝土混合刚架式高桩码头结构,建立桩基、周围土层、码头平台结构和上部刚架整体三维数值模型,并利用ANSYS有限元软件进行数值模拟.结果表明:码头结构最危险工况为南、北两侧行车同时移动到刚架水侧悬臂端并考虑大车刹车荷载;结构位移、应力及内力对南、北两侧大车同步同向运动工况敏感性较强;桩基轴力均为受压状态,岸侧E排桩体不存在上拔情况.这些认识可为同类高桩码头移动荷载分析和设计提供参考.     

海洋平台火炬塔筒体结构应力分析

针对海洋平台火炬塔筒体结构强度设计问题,采用Ansys软件的静力学模块对单个火炬塔筒体和3个火炬塔筒体进行静力分析,得到不同工况条件下的结构应力值和变形位移值。结果表明,单个火炬塔筒体可承受的最大压力载荷大于3个火炬塔筒体可承受的最大压力载荷。火炬塔筒体的分析方法和结果对后续石油化工废气处理装置的设计和安装具有一定的指导意义。     

非线性混合海况下近海风机塔筒底部载荷的动力响应

本文主要研究在非线性混合海况(即风浪和涌浪组合海况)下,以NREL 5MW_Baseline Monopile近海风机为研究对象,对其塔筒底部(基线)所受到的剪力和弯矩载荷的动力响应进行仿真。在近海风机的时域仿真中,选用了Ochi-Hubble六参数波浪谱,并编制了该谱的程序嵌入到FAST中进行编译。计算过程中,共进行了20次10 min的仿真分析。对于得到的短期载荷,给出了波高程,塔筒底部首尾向剪力和弯矩在线性与非线性不规则波作用下的时程曲线对比图。采用分块最大值法对每一次的短期载荷提取极值,并基于20次仿真所得的极值,给出了塔筒底部首尾向剪力与弯矩在线性与非线性不规则波作用下的超越概率曲线对比图。研究表明,在非线性混合海况下进行近海风机塔筒底部载荷的动力响应研究,计算结果对工程实际应用具有指导意义。     

非线性混合海况下近海风机塔筒底部载荷的动力响应

本文主要研究在非线性混合海况(即风浪和涌浪组合海况)下,以NREL 5MW_Baseline Monopile近海风机为研究对象,对其塔筒底部(基线)所受到的剪力和弯矩载荷的动力响应进行仿真。在近海风机的时域仿真中,选用了Ochi-Hubble六参数波浪谱,并编制了该谱的程序嵌入到FAST中进行编译。计算过程中,共进行了20次10 min的仿真分析。对于得到的短期载荷,给出了波高程,塔筒底部首尾向剪力和弯矩在线性与非线性不规则波作用下的时程曲线对比图。采用分块最大值法对每一次的短期载荷提取极值,并基于20次仿真所得的极值,给出了塔筒底部首尾向剪力与弯矩在线性与非线性不规则波作用下的超越概率曲线对比图。研究表明,在非线性混合海况下进行近海风机塔筒底部载荷的动力响应研究,计算结果对工程实际应用具有指导意义。     

钢塔筒结构形式在港口导标工程中的应用

钢结构塔筒结构形式广泛用于风电行业,作为风机的主要承重支撑构件—风机塔筒,结构形式成熟,施工简单,建筑外形简洁、美观,但目前现有港口导标工程中还没有工程采用钢塔筒结构方案。为了在港口导标工程中及内河类似工程中推广钢结构塔筒结构形式,介绍了钢塔筒港口导标的塔筒连接方式、塔筒与基础的连接方式、基础的选型,并用完成的工程实例说明了钢结构塔筒港口导标的设计及计算。     

半潜式浮基风电平台设计及波浪动力响应分析

为了开发深海风能资源,研究浮基风电平台在波浪中的响应特性,设计了一种半潜式浮基风电平台。应用ADINA软件,采用边界造波方法、ALE动网格方法以及网格变疏增大数值黏性的消波方法构建了数值波浪水池,对ITTC半潜式平台在规则波作用下动力响应进行了数值模拟,通过与该平台的模型试验数据进行比较,验证了数值模拟方法的准确性。而后对一种新型的浮基风电平台在波浪中的运动进行了数值研究,给出了风电浮基平台在不同水深、不同波高波浪周期情况下横摇、纵摇时程曲线。数值计算结果将有助于了解浮基风电平台塔架顶端的运动、位移和受力,为海上风机系统的设计提供合理的荷载参数。     

基于Ansys的海上石油登船梯架应力分析计算

根据海上石油登船梯架的分布情况,考虑其中心对称性以及登船梯架上的每层花纹钢板的同一性,选择塔架主要部件,利用三维软件SolidWorks建立3D模型,使用Ansys软件中应力分析模块对主要的结构进行静应力分析和屈曲分析。考虑自重载荷、风载荷以及温度场的作用,对海上石油登船梯架进行力学分析,研究海上石油登船梯架的风力倾倒临界力,得到相应的应力云图以及不同阶数的模态云图。根据GB50017《钢结构设计规范》进行强度校核,将得到的计算结果和规范进行比较,表明该登船梯架的结构设计在14级风以下的强度下满足要求,对后续的登船梯架结构设计具有一定意义。     

海上风电机组门洞焊缝应力计算及测试验证

风电机组的塔筒门框焊缝应力状态复杂,且在机组全寿命周期服役过程中承受超高周的动态载荷,其疲劳可靠性是塔筒设计工程师需重点关注的设计项点之一。由于塔筒面内弯矩载荷Mx、My塔筒疲劳设计的主导载荷,在进行塔筒门框焊缝疲劳设计时仅考虑面内弯矩载荷即可,门框焊缝的疲劳强度计算精度取决于焊缝处评估应力的计算精度,门框焊缝疲劳强度的评估应力通常采用国际焊接学会（IIW）推荐的热点应力法计算得到。文章首先针对某大兆瓦海上风电机组得塔筒门框焊缝区域进行有限元仿真计算,得到在塔筒面内弯矩Mx、My的单位载荷作用下选定的多处门框焊缝应力插值点的应力结果。然后基于测试得到的塔底截面弯矩时间历程,线性推导得到各焊缝应力插值点处的应力时间历程。最后将推导得到的应力时间历程与测试得到的应力时间历程进行对比,以此验证门框焊缝应力计算模型的正当性。对比结果表明,文章采用的门框焊缝应力计算模型是满足工程设计需求的。     

基于P-y曲线法的海上风机三桩基础非线性有限元分析

P-y曲线法是API、DNV等规范推荐的一类分析横向受荷桩的桩土相互作用的方法,它考虑了土的分层特征、不同土类及荷载类型等因素,能较好地反映桩土之间的非线性关系。本文结合某海上风电场建设项目的工程实例,根据P-y曲线法确定了海上风机三桩桩基础与桩周土体间的作用关系;以ANSYS有限元软件为平台,建立了海上风机三桩基础的有限元模型,考虑风机运行荷载、风荷载及波浪荷载共同作用的极端工况,对结构的受力情况进行了分析,确定风机在此工况下能安全运行,为该风电场的设计与施工提供了一定的理论依据与技术参考。