内加筋风力机塔筒风致动力响应与稳定性能研究

发布时间：2017-08-16 00:05

  本文关键词：内加筋风力机塔筒风致动力响应与稳定性能研究

  更多相关文章： 风力机塔筒 内加筋 非线性行为 风致动力载荷 动力响应 薄壳屈曲

【摘要】：现代MW级大型水平轴风力机塔筒可高达100多米,塔筒自重占了整机重量的1/2,而壳体壁厚不到其直径的1%,却要承受风电机组上部零部件的全部重力荷载以及自然界的各种复杂的动力交变载荷,一旦塔筒结构动力失稳或破坏,往往会造成整个风电机组的全部损毁。本文主要针对塔筒易失稳和损坏的现象,提出内加筋的塔筒结构形式,以期提高结构的安全性。研究了不同内加筋形式的塔筒(考虑轴向和环向不同加筋数目、不同加筋肋的尺寸以及塔筒厚度的变化),分别计算其在不同静力荷载工况作用下的强度、塔筒结构的非线性行为、屈曲稳定、整机模态以及动力响应,并与未加筋塔筒作对比。通过静力强度和动力响应计算的结果表明:加筋的塔筒能提高其抗侧刚度、减小动力载荷作用下的响应,且加筋可以起到一定程度上的抗倒塌作用。但加筋的设置是需要经过优化选择的,并非加筋数目越多越好,需合理的配置加筋的数目、加筋的尺寸、控制总用钢量(经济效益)、应力大小(应力比)以及塔筒厚度等因素。通过对塔筒的非线性分析结果表明:材料非线性和几何非线性在载荷施加的初始阶段至比例极限表现不明显,荷载位移曲线材料弹性和弹塑性情况基本重合,随着载荷继续递增塔筒材料达到屈服强度后,表现出非常明显的双重非线性行为。此外考虑法兰盘的接触非线性能更好的模拟出真实的法兰与螺栓连接出的应力分布情况。对塔筒有初始安装倾斜进行数值模拟,发现在不考虑其他缺陷情况下,不同初始倾斜度对塔筒本身承载力并无太大影响,在荷载位移曲线上主要表现为曲线的左右平移,同一倾斜度的前倾和后倾差异主要在于前倾上升曲线较后倾陡,到达峰值时前倾水平位移较后倾略小。通过对内加筋塔筒的屈曲稳定分析表明:加筋后的塔筒整体失稳及局部失稳模式与未加筋情况完全不同,主要是由于筋条起到了对筋格区间的束缚作用,此外加筋的数目和加筋尺寸及塔筒厚度的不同也会影响塔筒的稳定性。
【关键词】：风力机塔筒 内加筋 非线性行为 风致动力载荷 动力响应 薄壳屈曲
【学位授予单位】：南京航空航天大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TU347;TM315
【目录】：

• 摘要4-5
• Abstract5-14
• 注释表14-15
• 缩略词15-16
• 第一章 绪论16-32
• 1.1 国内外风电发展状况和未来趋势16-23
• 1.1.1 我国发展风电事业的优势16-17
• 1.1.2 我国风电事业面临的挑战17-18
• 1.1.3 我国风电事业发展的现状18-20
• 1.1.4 国外风电事业发展的现状20-23
• 1.2 国内外风力机塔筒静、动力与稳定性能研究现状23-28
• 1.2.2 风力机塔筒的主要几何和力学特征23
• 1.2.3 风力机塔筒的静、动力性能研究现状23-24
• 1.2.4 塔筒的屈曲稳定性研究现状24-25
• 1.2.5 风力机塔筒缺陷研究现状25-27
• 1.2.6 加筋壳结构及新型风力机塔筒研究现状27-28
• 1.3 研究的目的和意义28-29
• 1.4 主要研究内容及技术路线29-31
• 1.5 本章小结31-32
• 第二章 风电机组设计工况与荷载分析32-62
• 2.1 风力机简介32-46
• 2.1.1 风特性描述33-37
• 2.1.2 风力机主要参数确定与特性曲线37-44
• 2.1.3 风力机坐标定义44-45
• 2.1.4 BLADED软件介绍45-46
• 2.2 三维湍流模型46-49
• 2.2.1 冯?卡门模型（The basic von Karman model）46-47
• 2.2.2 改进von Karman模型47-48
• 2.2.3 Kaimal模型48-49
• 2.2.4 风湍流模拟算例49
• 2.3 风力机组的设计载荷49-54
• 2.3.1 叶片上的荷载50-52
• 2.3.2 轮毂上的荷载52
• 2.3.3 主轴上的荷载52-53
• 2.3.4 机舱和塔筒上的荷载53-54
• 2.4 设计工况与载荷工况54-57
• 2.5 BLADED计算极端荷载和动力荷载57-61
• 2.5.1 不同工况下极端荷载57-58
• 2.5.2 不同工况下动力荷载时程提取58-61
• 2.6 本章小结61-62
• 第三章 内加筋塔筒的有限元建模和线弹性分析62-73
• 3.1 塔筒几何参数62-64
• 3.2 塔筒有限元建模64-67
• 3.2.1 ABAQUS有限元软件介绍64-65
• 3.2.2 未加筋塔筒的整机有限元模型65-66
• 3.2.3 加筋塔筒的整机有限元模型66-67
• 3.3 塔筒线弹性分析67-72
• 3.3.1 不同工况极端荷载线弹性分析67-69
• 3.3.2 不同加筋数目对塔筒抗侧能力的影响69-70
• 3.3.3 不同加筋尺寸对塔筒抗侧能力的影响70-71
• 3.3.4 不同塔筒厚度对其抗侧能力的影响71-72
• 3.4 本章小结72-73
• 第四章 塔筒非线性和屈曲稳定分析73-95
• 4.1 结构非线性分析理论概述73-75
• 4.1.1 Newton-Raphson（简称N-R法）73-74
• 4.1.2 弧长法的原理74-75
• 4.2 塔筒非线性分析75-84
• 4.2.1 材料非线性和几何非线性75-78
• 4.2.2 考虑塔筒初始倾斜缺陷78-80
• 4.2.3 考虑塔筒法兰盘接触非线性80-84
• 4.3 内加筋塔筒轴压屈曲失稳84-94
• 4.3.1 轴压圆柱壳和加筋壳屈曲理论解84-88
• 4.3.2 加筋条数目对圆柱壳屈曲承载力的影响88-91
• 4.3.3 加筋条尺寸对圆柱壳屈曲承载力的影响91-92
• 4.3.4 塔筒厚度变化对圆柱壳屈曲承载力的影响92-94
• 4.4 本章小结94-95
• 第五章 内加筋塔筒动力特性与动力响应分析95-109
• 5.1 结构模态理论概述95-96
• 5.2 模态分析96-98
• 5.2.1 风力机整机模态分析96-98
• 5.3 动力响应分析98-108
• 5.3.1 动力响应分析参数设置98-99
• 5.3.2 不同风速下未加筋与加筋塔筒动力响应分析99-102
• 5.3.3 同一风速下加筋与未加筋动力响应比较102-104
• 5.3.4 不同风速下未加筋动力历程比较（Time表示载荷步）104-108
• 5.4 本章小结108-109
• 第六章 结论与展望109-112
• 6.1 主要结论109-111
• 6.2 研究展望111-112
• 参考文献112-116
• 致谢116-117
• 在学期间的研究成果及发表的学术论文117

【相似文献】

中国期刊全文数据库 前10条

1 马人乐;马跃强;刘慧群;陈俊岭;;风电机组塔筒模态的环境脉动实测与数值模拟研究[J];振动与冲击;2011年05期

2 甘凤林;艾立明;;1.5MW风机塔筒吊装施工技术[J];知识经济;2011年15期

3 高俊云;连晋华;;风电机组塔筒振动的分析与测量[J];风能;2011年02期

4 刘银龙;;风电塔筒结构和强度分析[J];科技风;2011年09期

5 杨飞;董军;;基于变形要求的钢-复合材料风机塔筒选型研究[J];特种结构;2012年04期

6 胡佳林;刘平;廖晖;;基于有限元方法的风电机组塔筒及法兰优化设计[J];东方汽轮机;2013年01期

7 郭景红;;风电塔筒制作过程研究[J];科技与企业;2013年17期

8 沈斌,王丽娟;分馏塔塔筒折皱的原因及预防[J];深冷技术;1987年06期

9 武世红,刘希平,刘青;丹麦600KW风电机组塔筒制造技术[J];内蒙古电力技术;1998年01期

10 吴玉厚;马文文;孙佳;张珂;;基于塔筒力学性能的风机维修起重平台基本参数设计[J];沈阳建筑大学学报(自然科学版);2013年06期

中国重要会议论文全文数据库 前10条

1 汤炜梁;袁奇;高锐;;风力机塔筒的三维有限元抗台风分析[A];中国动力工程学会透平专业委员会2007年学术研讨会论文集[C];2007年

2 胡佳林;;基于有限元方法的风电机组塔筒及法兰优化设计[A];中国农业机械工业协会风能设备分会2013年度论文集（上）[C];2013年

3 李斌;高春彦;;大型风力发电机锥台型塔筒的受力性能分析与优化设计[A];第22届全国结构工程学术会议论文集第Ⅱ册[C];2013年

4 王海龙;李英昌;;风电塔筒焊缝分析[A];中国农业机械工业协会风能设备分会2011年度论文集（下）[C];2011年

5 陈勇道;;论FD82A/1 500kW-70m风力发电机塔筒的制作[A];中国农业机械工业协会风能设备分会2010年度论文集（上）[C];2010年

6 张建川;张前峰;沙海峰;周祝林;;某小型风力发电机组复合材料筒塔的力学设计及改进建议[A];第十九届玻璃钢/复合材料学术交流会论文集[C];2012年

7 王中伟;;风电机组塔筒厚板门框焊接工艺的分析和组焊方法[A];中国农机工业协会风能设备分会《风能产业》（2014年第1期）[C];2014年

8 刘峰;;风电机组塔筒在线监测技术的应用研究[A];《风电技术》2013年08月第4期（总第40期）[C];2013年

9 韩宝云;罗芳;;风电机组塔筒增高的经济性分析[A];中国农业机械工业协会风能设备分会2012年度论文集（下）[C];2012年

10 陈勇道;;FD77A型风电机组安装技术管理综述[A];中国农业机械工业协会风能设备分会2011年度论文集（下）[C];2011年

中国重要报纸全文数据库 前10条

1 高心如　张智贤;厦船重工成功交付风力发电塔筒 填补福建省空白[N];中国工业报;2011年

2 记者 戴宏 通讯员 朱珍;西北最大规模塔筒生产线建成投产[N];内蒙古日报(汉);2008年

3 记者 王治军;大庆成东北最大风电塔筒生产基地[N];大庆日报;2011年

4 记者 邵晶岩　李飞;东北最大风电塔筒投产[N];黑龙江日报;2011年

5 本报记者 方笑菊;德企携木质风电塔筒来华寻新商机[N];中国能源报;2014年

6 赵德忠 赵尚利 王宏旺;拓展市场空间 谋求长远发展[N];现代物流报;2006年

7 记者郭军;全省首台3兆瓦风机塔筒基础环下线[N];酒泉日报;2011年

8 记者 于忠斌;大庆风电塔筒产业化项目开工[N];黑龙江日报;2009年

9 张兰;Nordex第四代Delta系列风机问世[N];机电商报;2013年

10 赵国忠;好风凭借力[N];中国电力报;2013年

中国硕士学位论文全文数据库 前10条

1 安孟德;风力发电机塔筒连接系强度分析与试验研究[D];郑州大学;2015年

2 蒙宣伊;大型风力发电机组直锥形钢塔筒设计研究[D];湘潭大学;2015年

3 李琼;海上风力机塔筒结构可靠性优化设计[D];华北电力大学;2015年

4 梁俊;内加筋风力机塔筒风致动力响应与稳定性能研究[D];南京航空航天大学;2015年

5 冯博;风力发电机组塔筒结构分析研究[D];重庆大学;2010年

6 李静平;预应力混凝土及钢塔筒的受力分析与优化[D];北京交通大学;2011年

7 邵帅;1.5MW风力机塔筒及叶片动态特性分析[D];沈阳工业大学;2013年

8 王振坤;风机塔筒摩擦连接构件的力学性能分析[D];哈尔滨工业大学;2012年

9 孙海磊;风力发电机塔筒受力性能的试验研究[D];内蒙古科技大学;2012年

10 李书文;水平轴风力发电机组钢筋混凝土塔筒研究[D];北京建筑大学;2015年

，

本文编号：680503