风机结构在环境荷载激励下的损伤评估

发布时间：2021-04-25 14:14

　　由于风机结构所处环境复杂,且不考虑舒适度等因素,在环境荷载激励下结构振动明显,可靠性问题尤为突出。本文以不同环境荷载激励下风机结构的损伤评估为研究背景,通过理论分析、数值模拟和试验研究,围绕风荷载的非高斯性对风机结构极值可靠性和疲劳损伤的影响以及近远场地震作用下结构抗震性能的评估开展研究。主要研究内容及成果结论如下:（1）基于风电场测风气象塔实测风速资料,分析来流风场的非高斯特性。根据非高斯穿越过程,通过傅里叶谱方法生成风机硬化、软化和高斯风场,讨论风荷载的非高斯性对风机结构控制截面动力响应和极值可靠性的影响。在考虑叶片与来流间的气弹效应以及叶片与塔身相互作用的条件下,根据多体动力有限元,计算风机控制截面的应力响应,并对应力响应的时域和频域特性进行分析。着重比较三种不同概率特性风荷载作用下风机正常运行和停机状态下的短期极值,并对不同重现期的长期极值和失效概率进行估计。结果表明,不同概率特性风荷载作用下风机结构动力响应的时域前三阶特征值和频域带宽系数的均值均近似相等。风荷载的非高斯性对重现期10年、20年和50年的极值响应均有较大影响,风机结构不同使用年限的失效概率变化显著,在极值可靠性... 

【文章来源】：北京科技大学北京市 211工程院校 教育部直属院校

【文章页数】：138 页

【学位级别】：博士

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致谢
摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 研究意义
    1.3 风机结构荷载评估
    1.4 国内外研究现状
        1.4.1 风机结构极值失效的研究现状
        1.4.2 风机结构疲劳失效的研究现状
        1.4.3 近远场地震作用下风机结构的研究现状
    1.5 研究思路和主要内容
        1.5.1 研究思路
        1.5.2 研究内容
2 非高斯风荷载作用下风机结构极值响应估计
    2.1 来流风场的时域特性
        2.1.1 非高斯性特性
        2.1.2 来流风场的非高斯性
    2.2 非高斯风场模拟
        2.2.1 高斯风场模拟
        2.2.2 非高斯穿越过程
        2.2.3 非高斯风场模拟
        2.2.4 风机结构正常风速和极值风速模拟
    2.3 风荷载作用下风机结构动力特性分析
        2.3.1 风机结构模型建立
        2.3.2 风机结构动力响应计算
    2.4 风机结构极值响应估计
        2.4.1 风机结构短期极值估计
        2.4.2 风机结构长期极值估计
    2.5 本章小结
3 非高斯风荷载对风机结构疲劳损伤的影响
    3.1 疲劳损伤基本理论
    3.2 考虑荷载不确定性的裂纹形成寿命
    3.3 考虑S-N曲线参数不确定性的裂纹形成寿命
    3.4 风机塔基连接处裂纹扩展寿命评估
    3.5 本章小结
4 全风向非高斯来流作用下风机结构疲劳寿命评估
    4.1 来流风场的偏斜椭圆模型
        4.1.1 简化高斯模型
        4.1.2 偏斜椭圆模型
        4.1.3 平均风速超越率和风向概率密度
        4.1.4 实测数据分析
    4.2 来流风场的简化计算
    4.3 考虑来流风向影响的裂纹形成寿命评估
        4.3.1 考虑荷载不确定性的裂纹形成寿命
        4.3.2 考虑结构参数不确定性的裂纹形成寿命
    4.4 考虑来流风向影响的裂纹扩展寿命评估
    4.5 本章小结
5 长周期地震动作用下风机结构振动台试验研究
    5.1 试验目的
    5.2 试验设备及仪器
    5.3 风机结构模型设计
    5.4 试验方案设计
        5.4.1 测点及传感器布置
        5.4.2 试验加载工况与步骤
    5.5 试验结果分析
    5.6 本章小结
6 近断层地震动对风机结构地震响应的影响
    6.1 典型地震动频谱特性分析
    6.2 近断层地震动特性分析
    6.3 近断层地震动特性参数对风机结构地震响应的影响
    6.4 本章小结
7 结论与展望
    7.1 本文工作总结
    7.2 主要创新点
    7.3 对未来工作的展望
参考文献
作者简历及在学研究成果
学位论文数据集


【参考文献】：
期刊论文
[1]定日镜结构的动力风效应和风致疲劳损伤研究[J]. 黄嵩,黄铭枫,叶何凯,胡德军.  工程力学. 2017(12)
[2]长周期地震动作用下隔震连续梁桥地震反应特性研究[J]. 孙颖,陈天海,卓卫东,谷音,许智星.  工程力学. 2016(S1)
[3]近断层地震动空间分布特征对斜拉桥地震响应影响[J]. 李帅,王景全,颜晓伟,冯宇.  土木工程学报. 2016(06)
[4]地震与波浪作用下近海风电结构响应及倒塌模式[J]. 柳国环,练继建,于通顺.  应用基础与工程科学学报. 2016(01)
[5]某风电塔结构基于性能的抗震分析[J]. 戴靠山,易立达,刘瑶,毛振西.  结构工程师. 2015(05)
[6]现有风力发电机组地震作用计算方法对5MW风力发电机组的适用性研究[J]. 季亮,祝磊,姚小芹,杨洪源.  太阳能学报. 2014(11)
[7]新型风电塔减振器的概念设计和试验初步验证[J]. 戴靠山,王健泽,毛日丰,向志华,鲁正.  土木工程学报. 2014(S1)
[8]长周期地震动的特性分析及界定方法研究[J]. 李雪红,王文科,吴迪,徐秀丽,李枝军,李晔暄.  振动工程学报. 2014(05)
[9]风力发电机锥台型塔筒和格构式塔架的抗震性能试验研究与对比分析[J]. 李斌,杨晓云,高春彦.  建筑结构学报. 2013(S1)
[10]近断层地震动特征参数对基础隔震结构地震响应的影响分析[J]. 韩淼,段燕玲,孙欢,绳雯.  土木工程学报. 2013(06)

博士论文
[1]海上风电机组结构抗船撞及抗震性能研究[D]. 郝二通.大连理工大学 2016
[2]海上风机结构振动特性分析与动态参数识别研究[D]. 董霄峰.天津大学 2014
[3]近断层地震动对结构抗震设计的影响研究[D]. 李明.中国地震局工程力学研究所 2010



本文编号：3159529