考虑SSI效应的风力机塔架地震动力响应时频特性分析

发布时间：2021-04-08 00:32

　　为分析风-震共同作用下风力机塔架的动力响应,基于Wolf方法建立了土-构耦合模型,通过开源软件Fast预留数据接口开发了地震载荷模块,研究了在不同土质下塔架的振动特性和响应幅值。结果表明:地震载荷极大地加剧了塔架振动,尤其是塔架一阶固有频率和二阶固有频率的振动幅值明显增大;设防烈度为8度时,塔顶振动的主要激励为地震载荷,气动载荷对塔顶振动的影响很小,可忽略不计;由于阻尼和地震反应谱特征周期不同,在不同土质下塔架的响应幅值和振动特性差异较大;与无地震相比,在额定风况下硬黏土、岩土和软土3种不同场地土质发生地震时,塔顶侧向位移分别增大了316%、242%和265%。 

【文章来源】：动力工程学报. 2018,38(07)北大核心CSCD

【文章页数】：7 页

【部分图文】：

图１风力机模型及计算坐标系Ｆｉｇ．１Ｍｏｄｅｌａｎｄｃｏｏｒｄｉｎａｔｅｓｙｓｔｅｍｏｆｔｈｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅ

＝Ｋｙ＝８ＧｓＲｓ２－μｓ，Ｋｚ＝４ＧｓＲｓ１－μｓ（１）Ｃｘ＝Ｃｙ＝４．６Ｒ２ｓ２－μｓＧｓ槡ρｓ，Ｃｚ＝３．４Ｒ２ｓ１－μｓＧｓ槡ρｓ（２）式中：Ｋｘ和Ｋｙ分别为纵向和横向的刚度；Ｋｚ为垂向的刚度；Ｃｘ和Ｃｙ分别为纵向和横向的阻尼；Ｃｚ为垂向的阻尼；Ｇｓ、μｓ和ρｓ分别为土体的切变模量、泊松比和密度；Ｒｓ为基础平台的半径。图２ＳＳＩ模型Ｆｉｇ．２ＳＳＩｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｐｌａｔｆｏｒｍ１．４仿真流程风场仿真软件、地震和动力学模拟软件均采用ＮＲＥＬ的计算机辅助设计包软件。基于风力机多体动力学仿真开源软件Ｆａｓｔ，通过子模块Ｔｕｒｂ－Ｓｉｍ、ＡｅｒｏＤｙｎ和Ｓｅｓｉｍｉｃ建立风力机地震动力学仿真模型，具体步骤如图３所示。２塔架外部激励２．１气动载荷在ｙ″和ｚ″方向上风场设计计算各有１１个网格点，风场示意图如图４所示。额定风速为１１．４ｍ／ｓ，极限风速为２５ｍ／ｓ（切出风速），通过ＴｕｒｂＳｉｍ［１８］模拟风力机的运行环境。通过经典ＶｏｎＫａｒｍａｎ湍流风谱模型对功率谱进行逆快速傅里叶变换，继而得到风速的波动。ＶｏｎＫａｒｍａｎ湍流风谱模型定义为［１９］：Ｓｕ（ｆ）＝４σ２Ｌ／珔ｕｈｕｂ１＋７１（ｆＬ／珔ｕｈｕｂ）［］２５／６（３）图３地震动力学仿真流程Ｆｉｇ．３Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏ

向的阻尼；Ｃｚ为垂向的阻尼；Ｇｓ、μｓ和ρｓ分别为土体的切变模量、泊松比和密度；Ｒｓ为基础平台的半径。图２ＳＳＩ模型Ｆｉｇ．２ＳＳＩｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｐｌａｔｆｏｒｍ１．４仿真流程风场仿真软件、地震和动力学模拟软件均采用ＮＲＥＬ的计算机辅助设计包软件。基于风力机多体动力学仿真开源软件Ｆａｓｔ，通过子模块Ｔｕｒｂ－Ｓｉｍ、ＡｅｒｏＤｙｎ和Ｓｅｓｉｍｉｃ建立风力机地震动力学仿真模型，具体步骤如图３所示。２塔架外部激励２．１气动载荷在ｙ″和ｚ″方向上风场设计计算各有１１个网格点，风场示意图如图４所示。额定风速为１１．４ｍ／ｓ，极限风速为２５ｍ／ｓ（切出风速），通过ＴｕｒｂＳｉｍ［１８］模拟风力机的运行环境。通过经典ＶｏｎＫａｒｍａｎ湍流风谱模型对功率谱进行逆快速傅里叶变换，继而得到风速的波动。ＶｏｎＫａｒｍａｎ湍流风谱模型定义为［１９］：Ｓｕ（ｆ）＝４σ２Ｌ／珔ｕｈｕｂ１＋７１（ｆＬ／珔ｕｈｕｂ）［］２５／６（３）图３地震动力学仿真流程Ｆｉｇ．３Ｆｌｏｗｃｈａｒｔｏｆｓｅｉｓｍｉｃｄｙｎａｍｉｃｓｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ图４风场计算区域及网格分布Ｆｉｇ．４ＣｏｍｐｕｔａｔｉｏｎａｌｄｏｍａｉｎａｎｄｇｒｉｄｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎｏｆｔｈｅｗｉｎｄｆｉｅｌｄＳｖ，ｗ（ｆ）＝２σ２Ｌ／珔ｕｈｕｂ１＋１８９（ｆＬ／珔ｕｈｕｂ）［］２１＋７１（ｆＬ／珔ｕｈｕｂ）［］２１


本文编号：3124497