本文關(guān)鍵詞：內(nèi)加筋風力機塔筒風致動力響應(yīng)與穩(wěn)定性能研究

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【摘要】：現(xiàn)代MW級大型水平軸風力機塔筒可高達100多米,塔筒自重占了整機重量的1/2,而殼體壁厚不到其直徑的1%,卻要承受風電機組上部零部件的全部重力荷載以及自然界的各種復(fù)雜的動力交變載荷,一旦塔筒結(jié)構(gòu)動力失穩(wěn)或破壞,往往會造成整個風電機組的全部損毀。本文主要針對塔筒易失穩(wěn)和損壞的現(xiàn)象,提出內(nèi)加筋的塔筒結(jié)構(gòu)形式,以期提高結(jié)構(gòu)的安全性。研究了不同內(nèi)加筋形式的塔筒(考慮軸向和環(huán)向不同加筋數(shù)目、不同加筋肋的尺寸以及塔筒厚度的變化),分別計算其在不同靜力荷載工況作用下的強度、塔筒結(jié)構(gòu)的非線性行為、屈曲穩(wěn)定、整機模態(tài)以及動力響應(yīng),并與未加筋塔筒作對比。通過靜力強度和動力響應(yīng)計算的結(jié)果表明:加筋的塔筒能提高其抗側(cè)剛度、減小動力載荷作用下的響應(yīng),且加筋可以起到一定程度上的抗倒塌作用。但加筋的設(shè)置是需要經(jīng)過優(yōu)化選擇的,并非加筋數(shù)目越多越好,需合理的配置加筋的數(shù)目、加筋的尺寸、控制總用鋼量(經(jīng)濟效益)、應(yīng)力大小(應(yīng)力比)以及塔筒厚度等因素。通過對塔筒的非線性分析結(jié)果表明:材料非線性和幾何非線性在載荷施加的初始階段至比例極限表現(xiàn)不明顯,荷載位移曲線材料彈性和彈塑性情況基本重合,隨著載荷繼續(xù)遞增塔筒材料達到屈服強度后,表現(xiàn)出非常明顯的雙重非線性行為。此外考慮法蘭盤的接觸非線性能更好的模擬出真實的法蘭與螺栓連接出的應(yīng)力分布情況。對塔筒有初始安裝傾斜進行數(shù)值模擬,發(fā)現(xiàn)在不考慮其他缺陷情況下,不同初始傾斜度對塔筒本身承載力并無太大影響,在荷載位移曲線上主要表現(xiàn)為曲線的左右平移,同一傾斜度的前傾和后傾差異主要在于前傾上升曲線較后傾陡,到達峰值時前傾水平位移較后傾略小。通過對內(nèi)加筋塔筒的屈曲穩(wěn)定分析表明:加筋后的塔筒整體失穩(wěn)及局部失穩(wěn)模式與未加筋情況完全不同,主要是由于筋條起到了對筋格區(qū)間的束縛作用,此外加筋的數(shù)目和加筋尺寸及塔筒厚度的不同也會影響塔筒的穩(wěn)定性。
【關(guān)鍵詞】：風力機塔筒 內(nèi)加筋 非線性行為 風致動力載荷 動力響應(yīng) 薄殼屈曲
【學(xué)位授予單位】：南京航空航天大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號】：TU347;TM315
【目錄】：

• 摘要4-5
• Abstract5-14
• 注釋表14-15
• 縮略詞15-16
• 第一章 緒論16-32
• 1.1 國內(nèi)外風電發(fā)展狀況和未來趨勢16-23
• 1.1.1 我國發(fā)展風電事業(yè)的優(yōu)勢16-17
• 1.1.2 我國風電事業(yè)面臨的挑戰(zhàn)17-18
• 1.1.3 我國風電事業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀18-20
• 1.1.4 國外風電事業(yè)發(fā)展的現(xiàn)狀20-23
• 1.2 國內(nèi)外風力機塔筒靜、動力與穩(wěn)定性能研究現(xiàn)狀23-28
• 1.2.2 風力機塔筒的主要幾何和力學(xué)特征23
• 1.2.3 風力機塔筒的靜、動力性能研究現(xiàn)狀23-24
• 1.2.4 塔筒的屈曲穩(wěn)定性研究現(xiàn)狀24-25
• 1.2.5 風力機塔筒缺陷研究現(xiàn)狀25-27
• 1.2.6 加筋殼結(jié)構(gòu)及新型風力機塔筒研究現(xiàn)狀27-28
• 1.3 研究的目的和意義28-29
• 1.4 主要研究內(nèi)容及技術(shù)路線29-31
• 1.5 本章小結(jié)31-32
• 第二章 風電機組設(shè)計工況與荷載分析32-62
• 2.1 風力機簡介32-46
• 2.1.1 風特性描述33-37
• 2.1.2 風力機主要參數(shù)確定與特性曲線37-44
• 2.1.3 風力機坐標定義44-45
• 2.1.4 BLADED軟件介紹45-46
• 2.2 三維湍流模型46-49
• 2.2.1 馮?卡門模型（The basic von Karman model）46-47
• 2.2.2 改進von Karman模型47-48
• 2.2.3 Kaimal模型48-49
• 2.2.4 風湍流模擬算例49
• 2.3 風力機組的設(shè)計載荷49-54
• 2.3.1 葉片上的荷載50-52
• 2.3.2 輪轂上的荷載52
• 2.3.3 主軸上的荷載52-53
• 2.3.4 機艙和塔筒上的荷載53-54
• 2.4 設(shè)計工況與載荷工況54-57
• 2.5 BLADED計算極端荷載和動力荷載57-61
• 2.5.1 不同工況下極端荷載57-58
• 2.5.2 不同工況下動力荷載時程提取58-61
• 2.6 本章小結(jié)61-62
• 第三章 內(nèi)加筋塔筒的有限元建模和線彈性分析62-73
• 3.1 塔筒幾何參數(shù)62-64
• 3.2 塔筒有限元建模64-67
• 3.2.1 ABAQUS有限元軟件介紹64-65
• 3.2.2 未加筋塔筒的整機有限元模型65-66
• 3.2.3 加筋塔筒的整機有限元模型66-67
• 3.3 塔筒線彈性分析67-72
• 3.3.1 不同工況極端荷載線彈性分析67-69
• 3.3.2 不同加筋數(shù)目對塔筒抗側(cè)能力的影響69-70
• 3.3.3 不同加筋尺寸對塔筒抗側(cè)能力的影響70-71
• 3.3.4 不同塔筒厚度對其抗側(cè)能力的影響71-72
• 3.4 本章小結(jié)72-73
• 第四章 塔筒非線性和屈曲穩(wěn)定分析73-95
• 4.1 結(jié)構(gòu)非線性分析理論概述73-75
• 4.1.1 Newton-Raphson（簡稱N-R法）73-74
• 4.1.2 弧長法的原理74-75
• 4.2 塔筒非線性分析75-84
• 4.2.1 材料非線性和幾何非線性75-78
• 4.2.2 考慮塔筒初始傾斜缺陷78-80
• 4.2.3 考慮塔筒法蘭盤接觸非線性80-84
• 4.3 內(nèi)加筋塔筒軸壓屈曲失穩(wěn)84-94
• 4.3.1 軸壓圓柱殼和加筋殼屈曲理論解84-88
• 4.3.2 加筋條數(shù)目對圓柱殼屈曲承載力的影響88-91
• 4.3.3 加筋條尺寸對圓柱殼屈曲承載力的影響91-92
• 4.3.4 塔筒厚度變化對圓柱殼屈曲承載力的影響92-94
• 4.4 本章小結(jié)94-95
• 第五章 內(nèi)加筋塔筒動力特性與動力響應(yīng)分析95-109
• 5.1 結(jié)構(gòu)模態(tài)理論概述95-96
• 5.2 模態(tài)分析96-98
• 5.2.1 風力機整機模態(tài)分析96-98
• 5.3 動力響應(yīng)分析98-108
• 5.3.1 動力響應(yīng)分析參數(shù)設(shè)置98-99
• 5.3.2 不同風速下未加筋與加筋塔筒動力響應(yīng)分析99-102
• 5.3.3 同一風速下加筋與未加筋動力響應(yīng)比較102-104
• 5.3.4 不同風速下未加筋動力歷程比較（Time表示載荷步）104-108
• 5.4 本章小結(jié)108-109
• 第六章 結(jié)論與展望109-112
• 6.1 主要結(jié)論109-111
• 6.2 研究展望111-112
• 參考文獻112-116
• 致謝116-117
• 在學(xué)期間的研究成果及發(fā)表的學(xué)術(shù)論文117

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