大型海上风机结构系统的动力特性研究

发布时间：2023-04-25 22:50

　　随着环境问题的日益突出,传统能源的日益枯竭,世界各国对可再生能源,特别是风能的开发利用越来越重视。海上风机结构所处的海洋环境十分复杂和恶劣,承受着多种随时间和空间变化的随机荷载,如风、波浪、海冰的作用,有时还受到地震作用的威胁。海上风机结构由叶片、机身、塔架和基础构成,振动特性复杂,因此对海洋环境下海上风机进行动力特性分析,对保证其安全有着重要的理论意义,对海上风力发电事业具有重大的实际应用价值。 本文重点研究了1.5MW海上风机的动力特性,所开展的主要工作包括： 首先,介绍了风机的基本工作理论,根据风机空气动力学理论进行叶素的空气动力学特性分析,介绍了当前常用的几种风机叶片设计模型。 其次,基于ANSYS的参数化设计语言(APDL)开发了风机叶片的几何建模模块,解决了海上风机建模中最困难的问题,在此基础上分别建立了风轮、机舱、塔架和基础的海上风机有限元单体和整体模型,为后续的动力学分析奠定了基础。 最后,分别对风机叶片、涡轮机、塔架和基础、集中质量模型以及风机整体进行了模态分析,计算得到了结构的振动特性,并探讨了外部荷载作用下结构的动力效应。 综上所述,本文主要介绍了近海风力机的基本...

【文章页数】：71 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
1 绪论
    1.1 引言
    1.2 海上风力发电的现状及特点
        1.2.1 国外海上风力发电的发展现状
        1.2.2 国内海上风力发电的发展现状
        1.2.3 海上风力发电的技术特点
    1.3 海上风力机的基本概念
        1.3.1 风力机的型式和特点
        1.3.2 海上风机塔身结构形式和特点
        1.3.3 海上风机基础的形式和特点
        1.3.4 风力机机舱
        1.3.5 风力机叶片
    1.4 翼型基本知识
        1.4.1 翼型的几何参数
        1.4.2 翼型的空气动力特性
        1.4.3 翼型的分类
    1.5 海上风力发电的研究现状
        1.5.1 叶片的设计理论和空气动力分析方法研究
        1.5.2 风力机叶片的建模及动力特性分析研究
        1.5.3 支撑结构的动力研究成果
    1.6 本文的研究目的和内容
2 风机叶片设计的基本理论和步骤
    2.1 风力机叶片设计理论
        2.1.1 贝兹理论
        2.1.2 涡流理论
        2.1.3 叶素动量理论
    2.2 叶片设计参数
    2.3 叶片设计模型
    2.4 叶片设计步骤
    2.5 本章小结
3 海上风机有限元建模
    3.1 叶片有限元建模
        3.1.1 ANSYS参数化设计语言(APDL)简介
        3.1.2 叶片参数化建模
    3.2 涡轮机有限元建模
    3.3 海上风机整体模型
        3.3.1 桩—土相互作用计算理论
        3.3.2 桩—土相互作用计算模型
        3.3.3 风机整体模型
    3.4 集中质量模型
    3.5 本章小结
4 海上风机结构动力反应分析
    4.1 海上风机结构模态分析
        4.1.1 模态分析基本理论
        4.1.2 叶片的模态分析
        4.1.3 涡轮机的模态分析
        4.1.4 海上风机整体模态分析
        4.1.5 集中质量模型的模态分析
    4.2 环境荷载作用下风机动力特性分析
        4.2.1 单自由度体系运动响应分析
        4.2.2 动力放大效应分析
    4.3 海上风机结构瞬态动力反应分析
        4.3.1 瞬态动力分析基本理论
        4.3.2 地震荷载激励下海上风机结构的瞬态动力分析
    4.4 拟静力反应分析
    4.5 本章小结
5 结论与展望
    5.1 结论
    5.2 研究工作展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表学术论文情况
致谢



本文编号：3801214