海上风电-TMD系统随机振动减振效果研究

发布时间：2022-02-04 23:15

　　为了减少海上风电结构随机振动响应,保证其在复杂环境激励下安全性与可靠性,该文针对海上风电结构-调频质量阻尼器（TMD）系统在随机激励下减振效果进行研究。首先将海上风电结构等效为旋转-摆动模型,利用路径积分法和蒙特卡洛法分别用于求解4维和6维微分方程,计算该系统在随机激励下动力响应的概率密度函数,对比不同TMD参数配置的减振效果。结果表明:路径积分法和蒙特卡洛法能够准确计算海上风电-TMD系统动力响应的概率密度函数;针对算例中海上风电筒型基础结构在白噪声激励和随机风荷载激励下,TMD结构可有效减少振动位移均方根值分别为47.2%、15.8%。 

【文章来源】：太阳能学报. 2020,41(07)北大核心EICSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

海上风电等效转动-摆动模型

式中，m、c和k——主结构的质量、阻尼和刚度；md、cd和kd——附加结构（TMD结构）的质量、阻尼和刚度；x?、x?和x——主结构的加速度、速度和位移；x?d、x?d和xd——TMD结构的加速度、速度和位移。由于TMD结构的存在，整体系统可等效为2自由度系统。当主结构受到白噪声激励时，通过将公式（3）进行分解，得到该系统的4维微分方程组为：

为了验证筒型基础与土体的相互作用等效水平刚度与旋转刚度，采用ABAQUS软件建立有限元模型，由于对称性，此处建立1/2模型。土体使用弹性模拟，土体与筒型基础的尺寸、材料参数等与3.1节相同，有限元模型见图3。该有限元模型中分别施加水平力和转矩，绘制水平位移与转角随力和力矩的变化曲线，通过斜率即可得到水平刚度与旋转刚度。由于篇幅限制，此处简述了有限元建模的结果。根据有限元计算结果和公式（12）计算结果可得水平刚度2.8×109N/m，旋转刚度为5.0×1011N·m/rad，由式（2）可得，系统的等效刚度为k=8.0×109N/m。为了研究白噪声激励和随机风荷载激励下，不同TMD配置的系统动力响应和减振效果，本文分别采用恒定白噪声强度和Kaimal脉动风荷载激励。此处需要说明的是，实际工程中综合减振效果、经济性与安全性等多方面因素考虑，质量比一般取为[0.01,0.05][7]。表1给出了5种不同TMD参数配置，其中配置1～配置4来源于最优化设计公式[17]，确定不同质量比μ下的最优频比α?opt和最优阻尼比ξ?opt；配置5作为对比，不含TMD结构，仅考虑主结构的随机动力响应情况。

【参考文献】：
期刊论文
[1]大尺度海上风电筒型基础在风荷载下的响应研究[J]. 张浦阳,熊康平,丁红岩,郭卫波,乐丛欢.  太阳能学报. 2013(12)
[2]Bearing Capacity and Technical Advantages of Composite Bucket Foundation of Offshore Wind Turbines[J]. 练继建,孙立强,张金凤,王海军.  Transactions of Tianjin University. 2011(02)
[3]海上风力发电进展[J]. 李晓燕,余志.  太阳能学报. 2004(01)



本文编号：3614122