近断层地震动对风机塔结构地震反应的影响分析
发布时间：2021-07-04 09:45
随着全球风能利用的增长,风电场越来越多地建在地震动活跃区域。而断层附近的地震动有些属于脉冲型地震动,伴随有较大的速度脉冲,且近断层地震动往往伴随着很强的竖向地面运动,对结构的抗震性能影响不可忽视。此外,在制造过程中产生的初始几何缺陷可能对风机塔结构抗震更为不利,尤其在强震作用下,风机塔结构会发生较大变形甚至直接倒塌。因此,本文以某陆上风电场1.5MW风机塔为研究对象,研究近断层速度脉冲和竖向地震动对风机塔结构地震反应的影响,并对风机塔结构进行缺陷敏感性和倒塌分析。首先,采用具有典型代表的脉冲型地震动与非脉冲型地震动各十条输入风机塔结构中,进行时程分析,研究近断层速度脉冲对风机塔结构地震反应的影响。结果表明:近断层速度脉冲对结构塔顶位移、塔顶加速度、塔底剪力与弯矩均影响显著,说明风机塔对近断层速度脉冲比较敏感。如果拟建风电场位于活动断层附近,发生地震时,结构破坏会更加严重。然后,选取六组竖向效应显著的地震动,分别按照只考虑水平地震动和同时考虑水平和竖向地震动输入结构进行时程分析,对比分析竖向地震动对结构地震反应的影响。结果表明:竖向地震动对风机塔结构塔顶水平位移、水平加速度影响不大,但对...
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
翼弦长度为L1的翼型截面
西安建筑科技大学硕士学位论文12本文以NACA63-421翼型为例，创建叶片叶素。操作步骤为：首先在软件Profili翼型数据库里面找到NACA63-421翼型，然后用所选翼型打印翼肋或模板，修改翼弦的长度为Li从而创建叶片叶素，如图2-1所示为翼弦长度为L1的翼型截面。图2-1翼弦长度为L1的翼型截面按表2-3将各个截面处翼型曲线绘制出来，然后利用三维建模软件UG将软件Profili所得到的各个翼型曲线全部导入至UG软件中，将导入的各个叶素按的距离分展开来，然后将每个叶素绕着z轴旋转对应的角度，从而得到叶片各叶素分布图，如图2-2所示；再通过UG软件里面的曲线组命令依次选取各个叶素，得到叶片实体。操作步骤为：首先点击UG工具栏“曲面”里的“通过曲线组”，然后依次选取各个叶素，要注意选取翼型截面时候要保证选择曲线的箭头方向和翼型曲线切线方向一致，最终叶片曲面图，如图2-3所示。叶片材料密度为1950Kg/m3，泊松比为0.15，弹性模量为21Gpa。将UG软件创建的叶片模型导入ABAQUS软件，从而完成叶片模型的建立。图2-2叶片各叶素分布图L1
西安建筑科技大学硕士学位论文13图2-3叶片曲面图轮毂和机舱分别简化为两个偏心质量点，偏心距分别为2.5m和1m，质量分别为15吨和60吨。塔筒顶部边缘壳体节点和塔顶中心参考点之间建立刚体运动耦合，最终建立的有限元模型如图2-4所示。(a)(b)(c)图2-4有限元模型示意图：(a)整体有限元模型；(b)塔顶叶片；(c)塔底门洞2.2模态分析概述2.2.1模态分析的基本概念及意义模态分析是结构进行地震反应分析前的一个必要的步骤，模态分析可以计算结构的自振频率及振型等固有动力特性。通常通过计算结构的固有频率和振型，来检查所建模型是否存在问题。模态分析实质上是一种坐标的转换，其目的是将原物理坐标系中描述响应的向量用所谓的“模态坐标系”来描述，坐标系中每个基向量都是结构振动系统中的一个特征向量。其好处就是因为系统各个特征向量
【参考文献】：
期刊论文
[1]Damage-induced material softening and its effect on seismic performance of steel structures[J]. WANG XinYue,SUN Bin,LI ZhaoXia. Science China（Technological Sciences）. 2016(10)
[2]Rapid seismic analysis methodology for in-service wind turbine towers[J]. Dai Kaoshan,Huang Yichao,Gong Changqing,Huang Zhenhua,Ren Xiaosong. Earthquake Engineering and Engineering Vibration. 2015(03)
[3]风电塔非线性地震动力响应规律与极限值评价[J]. 宋波,曾洁. 北京科技大学学报. 2013(10)
[4]风力发电机组的有限元分析及动力特性研究[J]. 祝磊,叶桢翔. 特种结构. 2012(05)
[5]Q460D高强度结构钢材循环加载试验研究[J]. 施刚,王飞,戴国欣,石永久,王元清. 土木工程学报. 2012(07)
[6]竖向与水平向地震动加速度反应谱比特性分析[J]. 李恒,秦小军. 地震工程与工程振动. 2010(01)
[7]近断层竖向与水平向加速度反应谱比值特征[J]. 贾俊峰,欧进萍. 地震学报. 2010(01)
[8]考虑土-结构相互作用的风力发电高塔系统地震动力响应分析[J]. 贺广零. 机械工程学报. 2009(07)
[9]近断层竖向地震动峰值特征[J]. 贾俊峰,欧进萍. 地震工程与工程振动. 2009(01)
[10]近断层地震动运动特征对长周期结构地震响应的影响分析[J]. 杨迪雄,赵岩,李刚. 防灾减灾工程学报. 2007(02)
博士论文
[1]基于能量分析的地震动输入选择及能量谱研究[D]. 王德才.合肥工业大学 2010
硕士论文
[1]近断层地震作用下层间隔震结构动力响应分析[D]. 孙一林.北京建筑大学 2016
[2]风况特性及地震载荷对风力机性能与结构影响研究[D]. 吴攀.上海理工大学 2014
[3]风力机塔架的有限元建模及静动态特性分析[D]. 戴建鑫.兰州理工大学 2011
[4]风力机塔架的设计方法研究[D]. 刘日新.沈阳工业大学 2011
[5]近断层地震动下百米高墩桥梁抗震性能[D]. 孔德成.大连海事大学 2009
[6]近断层地震作用下钢筋混凝土多层框架结构的响应分析[D]. 罗伟.北京交通大学 2008
[7]近断层地震动的强度度量参数和层间位移谱分析[D]. 潘建伟.大连理工大学 2008
[8]冷弯薄壁不锈钢管轴心受压稳定承载力分析[D]. 代磊.西安建筑科技大学 2007
[9]圆钢管柱滞回性能分析[D]. 周喜.同济大学 2007
[10]地震动速度与位移对大跨斜拉桥地震反应影响的研究[D]. 周媛.中国地震局地球物理研究所 2006
本文编号：3264552
【文章来源】：西安建筑科技大学陕西省
【文章页数】：82 页
【学位级别】：硕士
【部分图文】：
翼弦长度为L1的翼型截面
西安建筑科技大学硕士学位论文12本文以NACA63-421翼型为例，创建叶片叶素。操作步骤为：首先在软件Profili翼型数据库里面找到NACA63-421翼型，然后用所选翼型打印翼肋或模板，修改翼弦的长度为Li从而创建叶片叶素，如图2-1所示为翼弦长度为L1的翼型截面。图2-1翼弦长度为L1的翼型截面按表2-3将各个截面处翼型曲线绘制出来，然后利用三维建模软件UG将软件Profili所得到的各个翼型曲线全部导入至UG软件中，将导入的各个叶素按的距离分展开来，然后将每个叶素绕着z轴旋转对应的角度，从而得到叶片各叶素分布图，如图2-2所示；再通过UG软件里面的曲线组命令依次选取各个叶素，得到叶片实体。操作步骤为：首先点击UG工具栏“曲面”里的“通过曲线组”，然后依次选取各个叶素，要注意选取翼型截面时候要保证选择曲线的箭头方向和翼型曲线切线方向一致，最终叶片曲面图，如图2-3所示。叶片材料密度为1950Kg/m3，泊松比为0.15，弹性模量为21Gpa。将UG软件创建的叶片模型导入ABAQUS软件，从而完成叶片模型的建立。图2-2叶片各叶素分布图L1
西安建筑科技大学硕士学位论文13图2-3叶片曲面图轮毂和机舱分别简化为两个偏心质量点，偏心距分别为2.5m和1m，质量分别为15吨和60吨。塔筒顶部边缘壳体节点和塔顶中心参考点之间建立刚体运动耦合，最终建立的有限元模型如图2-4所示。(a)(b)(c)图2-4有限元模型示意图：(a)整体有限元模型；(b)塔顶叶片；(c)塔底门洞2.2模态分析概述2.2.1模态分析的基本概念及意义模态分析是结构进行地震反应分析前的一个必要的步骤，模态分析可以计算结构的自振频率及振型等固有动力特性。通常通过计算结构的固有频率和振型，来检查所建模型是否存在问题。模态分析实质上是一种坐标的转换，其目的是将原物理坐标系中描述响应的向量用所谓的“模态坐标系”来描述，坐标系中每个基向量都是结构振动系统中的一个特征向量。其好处就是因为系统各个特征向量
【参考文献】：
期刊论文
[1]Damage-induced material softening and its effect on seismic performance of steel structures[J]. WANG XinYue,SUN Bin,LI ZhaoXia. Science China（Technological Sciences）. 2016(10)
[2]Rapid seismic analysis methodology for in-service wind turbine towers[J]. Dai Kaoshan,Huang Yichao,Gong Changqing,Huang Zhenhua,Ren Xiaosong. Earthquake Engineering and Engineering Vibration. 2015(03)
[3]风电塔非线性地震动力响应规律与极限值评价[J]. 宋波,曾洁. 北京科技大学学报. 2013(10)
[4]风力发电机组的有限元分析及动力特性研究[J]. 祝磊,叶桢翔. 特种结构. 2012(05)
[5]Q460D高强度结构钢材循环加载试验研究[J]. 施刚,王飞,戴国欣,石永久,王元清. 土木工程学报. 2012(07)
[6]竖向与水平向地震动加速度反应谱比特性分析[J]. 李恒,秦小军. 地震工程与工程振动. 2010(01)
[7]近断层竖向与水平向加速度反应谱比值特征[J]. 贾俊峰,欧进萍. 地震学报. 2010(01)
[8]考虑土-结构相互作用的风力发电高塔系统地震动力响应分析[J]. 贺广零. 机械工程学报. 2009(07)
[9]近断层竖向地震动峰值特征[J]. 贾俊峰,欧进萍. 地震工程与工程振动. 2009(01)
[10]近断层地震动运动特征对长周期结构地震响应的影响分析[J]. 杨迪雄,赵岩,李刚. 防灾减灾工程学报. 2007(02)
博士论文
[1]基于能量分析的地震动输入选择及能量谱研究[D]. 王德才.合肥工业大学 2010
硕士论文
[1]近断层地震作用下层间隔震结构动力响应分析[D]. 孙一林.北京建筑大学 2016
[2]风况特性及地震载荷对风力机性能与结构影响研究[D]. 吴攀.上海理工大学 2014
[3]风力机塔架的有限元建模及静动态特性分析[D]. 戴建鑫.兰州理工大学 2011
[4]风力机塔架的设计方法研究[D]. 刘日新.沈阳工业大学 2011
[5]近断层地震动下百米高墩桥梁抗震性能[D]. 孔德成.大连海事大学 2009
[6]近断层地震作用下钢筋混凝土多层框架结构的响应分析[D]. 罗伟.北京交通大学 2008
[7]近断层地震动的强度度量参数和层间位移谱分析[D]. 潘建伟.大连理工大学 2008
[8]冷弯薄壁不锈钢管轴心受压稳定承载力分析[D]. 代磊.西安建筑科技大学 2007
[9]圆钢管柱滞回性能分析[D]. 周喜.同济大学 2007
[10]地震动速度与位移对大跨斜拉桥地震反应影响的研究[D]. 周媛.中国地震局地球物理研究所 2006
本文编号：3264552
本文链接：https://www.wllwen.com/jianzhugongchenglunwen/3264552.html
