地震对不同容量风力机塔架动力响应规律研究
发布时间：2021-12-24 16:10
为研究湍流风与地震联合作用下风力机塔架动力响应规律,以AOC 50 kW、WindPACT 1.5 MW和NREL 5 MW 3种不同容量风力机为研究对象,考虑土-构耦合模型效应,基于开源软件FAST预留数据接口,编译地震载荷计算模块,建立了湍流风与地震激励实时耦合的动力仿真模型。基于ASCE标准地震反应谱,得到20种不同强度的地震加速度,计算了不同强度地震与湍流风联合作用下的风力机塔架动力学响应。结果表明:地面加速度峰值（Peak Ground Acceleration,PGA）为0.3g时,湍流风与地震联合作用对塔基剪切力和弯矩影响较大;随地震强度的增大,塔架不同高度处的最大弯矩与高度之间的关系逐渐由线性转变为非线性;发现国际电工委员会（International Electrotechnical Commission,IEC）和美国风能协会/美国土木工程师协会（American Wind Energy Association/The American Society of Civil Engineers,AWEA/ASCE）对地震载荷与风载荷共同作用下的载荷预估模型结果误差较大,...
【文章来源】：热能动力工程. 2019,34(09)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
风力机塔基平台与土体耦合模型Fig．1Interactionmodelforwindturbinebase
2=Dm/(－S);μ1=z/u;μ2=z/Dm;u—计算节点高度的平均速度，m/s;S—莫宁－奥布霍夫长度，表征浮力对湍流的影响程度，m;z—计算节点距离，m。Uf=0．4Uref/［ln(HrefD0)－12．675Ｒi1－6．252Ｒi］(15)Dm=400Uref/lg(HrefD0)(16)式中:Uref—风场参考点风速，m/s;Href—参考点高度，m;D0—地表粗糙度。基于NWTCUP风速谱，得到风力机轮毂高度处风速时域变化，如图2所示。图2风力机轮毂高度处风速时域变化Fig．2Windspeedvariationathubheightofthewindturbineintimedomain2．2地震加速度谱及地震载荷计算地震加速度采用匹配ASCE－07标准地震反应谱的方法计算［15］。目标响应谱的表示如图3所示。图3目标响应谱示意图Fig．3Schematicdiagramofthetargetresponsespectrum图中，S震(t)—目标响应谱，g;ag—地面设计加速度峰值，g;TB、TC—加速度谱周期常数范围限值参数;TD—位移响应周期常数值;q—表示结构延性的性能参数，取值为1;η—阻尼修正系数，η=［10/(5+ζ)］0．5，其值应大于0．55，此处取1，则对应的粘性阻尼百分比ζ为5%。通过比例缩放目标反应谱，获得20种不同强度的地震加速度谱。地震发生时，基础平台的目标加速度为地震加速度，此时基础平台τ方向地震载荷Fτ为:Fτ=－Kτ(Xτ－Xτ，t)－Cτ(X·τ－X·τ，t)(17)式中:Xτ、X·τ—基
2．675Ｒi1－6．252Ｒi］(15)Dm=400Uref/lg(HrefD0)(16)式中:Uref—风场参考点风速，m/s;Href—参考点高度，m;D0—地表粗糙度。基于NWTCUP风速谱，得到风力机轮毂高度处风速时域变化，如图2所示。图2风力机轮毂高度处风速时域变化Fig．2Windspeedvariationathubheightofthewindturbineintimedomain2．2地震加速度谱及地震载荷计算地震加速度采用匹配ASCE－07标准地震反应谱的方法计算［15］。目标响应谱的表示如图3所示。图3目标响应谱示意图Fig．3Schematicdiagramofthetargetresponsespectrum图中，S震(t)—目标响应谱，g;ag—地面设计加速度峰值，g;TB、TC—加速度谱周期常数范围限值参数;TD—位移响应周期常数值;q—表示结构延性的性能参数，取值为1;η—阻尼修正系数，η=［10/(5+ζ)］0．5，其值应大于0．55，此处取1，则对应的粘性阻尼百分比ζ为5%。通过比例缩放目标反应谱，获得20种不同强度的地震加速度谱。地震发生时，基础平台的目标加速度为地震加速度，此时基础平台τ方向地震载荷Fτ为:Fτ=－Kτ(Xτ－Xτ，t)－Cτ(X·τ－X·τ，t)(17)式中:Xτ、X·τ—基础平台τ方向的实际位移和目标位移，m;Xτ，t、X·τ，t—基础平台τ方向的实际速度和目标速度，m/s。3结果分析3．1时域分析图4为地面加速度峰值(PeakGroundAccelera-tion，PGA)为0．30g时，风
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑土―结构相互作用的运转状态风电塔抗震分析[J]. 戴靠山,毛振西,张玉林,赵志,梁发云. 工程科学学报. 2017(09)
[2]多工况下大型风力机动态响应研究[J]. 杨阳,李春,叶柯华,缪维跑,叶舟. 工程热物理学报. 2016(10)
[3]风电塔架抗震抗风有限元分析[J]. 李艳斌. 内蒙古石油化工. 2016(08)
[4]风场风谱模型的分形维数研究[J]. 李倩倩,李春,杨阳,阚威. 能源工程. 2016(02)
[5]风力机不同风况的动力学响应研究[J]. 吴攀,李春,李志敏,叶舟. 中国电机工程学报. 2014(26)
[6]600kW风力发电机组地震反应谱分析[J]. 祝磊,姚小芹,王元清,石永久. 太阳能学报. 2012(10)
[7]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)
本文编号：3550796
【文章来源】：热能动力工程. 2019,34(09)北大核心CSCD
【文章页数】：8 页
【部分图文】：
风力机塔基平台与土体耦合模型Fig．1Interactionmodelforwindturbinebase
2=Dm/(－S);μ1=z/u;μ2=z/Dm;u—计算节点高度的平均速度，m/s;S—莫宁－奥布霍夫长度，表征浮力对湍流的影响程度，m;z—计算节点距离，m。Uf=0．4Uref/［ln(HrefD0)－12．675Ｒi1－6．252Ｒi］(15)Dm=400Uref/lg(HrefD0)(16)式中:Uref—风场参考点风速，m/s;Href—参考点高度，m;D0—地表粗糙度。基于NWTCUP风速谱，得到风力机轮毂高度处风速时域变化，如图2所示。图2风力机轮毂高度处风速时域变化Fig．2Windspeedvariationathubheightofthewindturbineintimedomain2．2地震加速度谱及地震载荷计算地震加速度采用匹配ASCE－07标准地震反应谱的方法计算［15］。目标响应谱的表示如图3所示。图3目标响应谱示意图Fig．3Schematicdiagramofthetargetresponsespectrum图中，S震(t)—目标响应谱，g;ag—地面设计加速度峰值，g;TB、TC—加速度谱周期常数范围限值参数;TD—位移响应周期常数值;q—表示结构延性的性能参数，取值为1;η—阻尼修正系数，η=［10/(5+ζ)］0．5，其值应大于0．55，此处取1，则对应的粘性阻尼百分比ζ为5%。通过比例缩放目标反应谱，获得20种不同强度的地震加速度谱。地震发生时，基础平台的目标加速度为地震加速度，此时基础平台τ方向地震载荷Fτ为:Fτ=－Kτ(Xτ－Xτ，t)－Cτ(X·τ－X·τ，t)(17)式中:Xτ、X·τ—基
2．675Ｒi1－6．252Ｒi］(15)Dm=400Uref/lg(HrefD0)(16)式中:Uref—风场参考点风速，m/s;Href—参考点高度，m;D0—地表粗糙度。基于NWTCUP风速谱，得到风力机轮毂高度处风速时域变化，如图2所示。图2风力机轮毂高度处风速时域变化Fig．2Windspeedvariationathubheightofthewindturbineintimedomain2．2地震加速度谱及地震载荷计算地震加速度采用匹配ASCE－07标准地震反应谱的方法计算［15］。目标响应谱的表示如图3所示。图3目标响应谱示意图Fig．3Schematicdiagramofthetargetresponsespectrum图中，S震(t)—目标响应谱，g;ag—地面设计加速度峰值，g;TB、TC—加速度谱周期常数范围限值参数;TD—位移响应周期常数值;q—表示结构延性的性能参数，取值为1;η—阻尼修正系数，η=［10/(5+ζ)］0．5，其值应大于0．55，此处取1，则对应的粘性阻尼百分比ζ为5%。通过比例缩放目标反应谱，获得20种不同强度的地震加速度谱。地震发生时，基础平台的目标加速度为地震加速度，此时基础平台τ方向地震载荷Fτ为:Fτ=－Kτ(Xτ－Xτ，t)－Cτ(X·τ－X·τ，t)(17)式中:Xτ、X·τ—基础平台τ方向的实际位移和目标位移，m;Xτ，t、X·τ，t—基础平台τ方向的实际速度和目标速度，m/s。3结果分析3．1时域分析图4为地面加速度峰值(PeakGroundAccelera-tion，PGA)为0．30g时，风
【参考文献】：
期刊论文
[1]考虑土―结构相互作用的运转状态风电塔抗震分析[J]. 戴靠山,毛振西,张玉林,赵志,梁发云. 工程科学学报. 2017(09)
[2]多工况下大型风力机动态响应研究[J]. 杨阳,李春,叶柯华,缪维跑,叶舟. 工程热物理学报. 2016(10)
[3]风电塔架抗震抗风有限元分析[J]. 李艳斌. 内蒙古石油化工. 2016(08)
[4]风场风谱模型的分形维数研究[J]. 李倩倩,李春,杨阳,阚威. 能源工程. 2016(02)
[5]风力机不同风况的动力学响应研究[J]. 吴攀,李春,李志敏,叶舟. 中国电机工程学报. 2014(26)
[6]600kW风力发电机组地震反应谱分析[J]. 祝磊,姚小芹,王元清,石永久. 太阳能学报. 2012(10)
[7]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)
本文编号：3550796
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