【摘要】：由于開發(fā)礦物資源等造成全球變暖及環(huán)境污染的加劇,各國政府對于新能源的發(fā)展越來越重視。我國作為世界上最大的風(fēng)電國家,對風(fēng)電的發(fā)展高度重視。隨著技術(shù)的進(jìn)步,人們開始在更為惡劣的環(huán)境中建造擁有更大風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)尺寸的風(fēng)力發(fā)電機(jī)場,這是造成了風(fēng)機(jī)事故逐年增加的原因之一。對于風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu),對其影響最大的是風(fēng)荷載與地震荷載,要研究風(fēng)荷載對結(jié)構(gòu)的影響必定要考慮到流體與固體間的耦合。目前,國內(nèi)外對風(fēng)電機(jī)組流固耦合的研究主要體現(xiàn)在葉片與氣流的耦合或者塔筒與氣流的耦合等方面,而將槳葉-塔筒-基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)耦聯(lián)為整體進(jìn)行流固耦合作用的研究較少�；诖�,本文擬采用多物理場耦合的CFD/CSD(Computational Fluid Dynamics/Computational Structural Dynamics)雙向流固耦合求解方法,將風(fēng)電機(jī)組“槳葉-塔筒-基礎(chǔ)-地基”視為整體的耦聯(lián)體系結(jié)構(gòu),把槳葉的氣動效應(yīng)與塔筒及基礎(chǔ)的結(jié)構(gòu)承載能力緊密聯(lián)系起來,研究結(jié)構(gòu)損傷發(fā)展及變化的規(guī)律,從而為更準(zhǔn)確地研究風(fēng)電機(jī)組耦聯(lián)系統(tǒng)結(jié)構(gòu)的流固耦合作用機(jī)理與損傷破壞模式提供支撐。研究內(nèi)容主要分為三部分,包括風(fēng)力發(fā)電機(jī)組雙向流固耦合特性分析、風(fēng)力發(fā)電機(jī)組耦聯(lián)體系非線性損傷機(jī)理研究、流固耦合-地震聯(lián)合作用下的風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)響應(yīng)特性。研究結(jié)果主要包括以下及幾部分:(1)對流固耦合基本方程、湍流模型、動網(wǎng)格技術(shù)及數(shù)據(jù)傳遞方法進(jìn)行描述,闡述了數(shù)據(jù)交換軟件MpCCI中流固耦合方法實(shí)現(xiàn)的理論支撐,通過對圓柱繞流經(jīng)典問題計(jì)算驗(yàn)證了本文計(jì)算方法的正確性;(2)建立風(fēng)力發(fā)電機(jī)組槳葉-塔筒-基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)耦聯(lián)體系模型及流體域計(jì)算模型,運(yùn)用模態(tài)分析原理,對結(jié)構(gòu)自振特性進(jìn)行分析;(3)通過在流體域設(shè)置不同邊界條件,利用MpCCI將Fluent與Abaqus聯(lián)立,研究不同風(fēng)速下風(fēng)電機(jī)組流固耦合特性;(4)引入塑性損傷本構(gòu),研究在流固耦合作用下風(fēng)力機(jī)基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)非線性特性,探尋損傷發(fā)展規(guī)律及結(jié)構(gòu)破壞模式對風(fēng)電機(jī)組安全穩(wěn)定運(yùn)行、基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)及配筋設(shè)計(jì)的優(yōu)化的影響,具有重要的理論與工程借鑒意義;(5)通過算例驗(yàn)證了不同邊界條件對波能的吸收效果,將黏彈性邊界與IEM邊界應(yīng)用于實(shí)際模型地震動響應(yīng)分析中,對IEM邊界及黏彈性邊界在風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)中對波能量的吸收效果進(jìn)行了比較分析;(6)研究了流固耦合切變風(fēng)、地震動聯(lián)合作用下風(fēng)電機(jī)組結(jié)構(gòu)響應(yīng)特性,為風(fēng)電機(jī)結(jié)構(gòu)的設(shè)計(jì)提供建議。
【圖文】：

L(0,0)2D圖 2-8 流體域模型示意圖Fig 2-8 Fluid domain model diagramCBrAhl圖 2-9 固體域模型示意圖Fig 2-9 Solid domain model diagram入口流體速度函數(shù)如下所示：2( ) 4.0(0, y) 1.5 1.5 (0.41 )0.1681( )2fy H yv U U y yH = = （2-37）1 cos( )2(0, ) if t<2fftv y π

該模型具體描述的是一個帶有柔性尾梁的剛性圓柱繞流問題，其流體域模型示意圖如圖 2-8 所示，圖中流體域高度 H=0.41，長度 L=1.1，剛體圓柱直徑 D=0.1，柔性梁長度l=0.35，柔性梁厚度h=0.02；其固體域模型示意圖如圖2-9所示，A(0.6，0.2)、B(0.15，，0.2)、C(0.2，0.2)分別為固體域特征點(diǎn)，剛性圓柱半徑 r=0.05。
【學(xué)位授予單位】：華北水利水電大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2019
【分類號】：TM315

【參考文獻(xiàn)】

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本文編號：2629736