海上风力机高桩承台基础反应特性研究

采用ANSYS建立由实体单元、壳单元、杆单元和管单元组成的海上风力机高桩承台混合模型。对极端工况下高桩混凝土承台进行有限元分析,得到承台混凝土和钢结构应力分布模型。通过对不同荷载组合下混凝土拉应力超限区域分布对比得到海上高桩承台基础结构在风力机荷载作用下的反应特性。结果表明:桩基础结构应力主要受波流荷载影响,塔筒过渡段结构应力主要受风力机荷载影响。高桩承台基础最易发生破坏结构为混凝土承台,在风力机荷载和波流荷载联合作用下,混凝土承台拉应力超限区主要分布在法兰盘受压区混凝土和钢管桩管壁处填芯混凝土。风力机上部结构产生的风力机荷载使高桩承台迎水面填芯混凝土处和与中心法兰盘接触处的混凝土拉应力超限;在波流荷载作用下,该超限区中高桩承台与风力机塔筒连接处和迎水面填芯混凝土处的拉应力超限区域减小。     

风机塔架基础接触非线性分析

针对风机基础设计中的缺陷及存在安全隐患问题,以辉腾锡勒风电场风力发电机组为例,引入基础混凝土与塔架基础钢环、地基之间的非线性接触,构建了风机基础结构的三维有限元模型,分析了极限与正常两种工况下风机基础的受力特征、规律及接触状态.结果表明,符合风机基础受力结构响应,方法合理.     

基于CDP本构的风力发电机基础损伤研究

在风致荷载往复作用下,风力发电机基础产生的疲劳损伤破坏不容忽视,因此文章建立了风力机"地基-基础-塔架-叶片"的一体化耦联模型。该模型基于混凝土塑性损伤本构,研究了风致荷载作用对基础损伤分布的影响,随着风致荷载的增加,揭示了基础不同部位损伤演化发展的过程。在不同风致荷载比作用下,其对风力机基础损伤的分布区域及特征位置影响不同,靠近基础钢环两侧的混凝土损伤较严重,且随着风载的施加,该区域混凝土开裂较早,是基础结构的薄弱部位,运行期须要重点关注该区域损伤破坏的发展情况。可通过加强钢环内外侧配筋或改善钢环体型来满足风力机安全稳定运行的要求。     

小湾拱坝跨横缝抗震钢筋的影响因素分析

利用考虑钢筋滑移的拱坝横缝配筋动力非线性模型，对设计地震荷载工况下的小湾拱坝进行了三维动力非线性有限元分析，研究了跨缝钢筋与周围混凝土的粘结质量、钢筋直径等因素对跨缝钢筋控制横缝变形的影响，为横缝变形控制措施的工程应用提供了有意义的参考。     

风电机组基础中钢板与混凝土间接触分析

将大型风电机组基础简化为1/4缩比例微元模型,通过对简化模型试件进行拉拔试验,研究其粘结应力分布规律,并提出相应的理论表达式。同时,运用ANSYS建立风电机组基础缩尺简化试验的有限元模型,运用面面接触技术模拟钢板与混凝土间的接触,对风电基础中钢板与混凝土间的粘结滑移性能进行模拟。计算结果表明,所采用的有限元分析方法能较好地模拟试验结果,可用于工程实际分析。     

风力发电塔预埋塔筒基础健康监测

以风力发电塔预埋塔筒基础为研究对象,建立一种基于振弦式应变计的长期监测系统,对风力机基础从养护到运行期间进行监测,对基础缺陷的出现和演化进行量化分析。监测结果表明,在基础养护期间基础环底法兰两侧混凝土出现裂缝,风力机运行期间外侧裂缝宽度随着外荷载的变化而变化;基础环底法兰上下两侧混凝土在监测期间处于正常状态,混凝土压应变分布和波动规律受到风速和风向的影响;风力机基础健康监测系统能正常运行,实现了预期设计的功能,长期监测数据可识别损伤信息,为风力机基础的维护和管理提供依据和指导。     

大型风机扩展式基础地基弹性模量敏感性分析

针对地基条件差异对大型风机扩展基础受力和沉降变化的影响,以辉腾锡勒风电场大型风电机组基础工程为例,考虑基础钢环与混凝土间及混凝土与地基间的非线性接触,基于ANSYS平台建立了不同地基弹性模量多工况下的风力发电机基础三维有限元模型。计算结果表明,当地基弹性模量为100 MPa时,风机基础底面最大沉降值为10.277 mm,倾斜率为0.000 4,满足现行规范对地基变形的要求;地基弹性模量大于1 000 MPa之后,风机基础底部与地基间脱开趋势加剧;当地基弹性模量小于100 MPa时,建议设计时使用桩基础。     

陆上风力机圆形扩展基础基底反力及冲切特性研究

采用理论推导和三维有限元计算相结合的方法,研究圆形扩展基础在极限荷载条件下基础与地基间相互作用的变化规律以及地基变形模量、泊松比、内摩擦角等主要因素对基底反力的影响。通过研究提出刚、柔性圆形扩展基础基底反力计算公式和基础环下翼缘结构冲切承载力的简化计算模型,为陆上风力机基础结构优化设计提供支持。     

海上风力机在极端工况下的动力响应特性分析

针对海上风力机在极端环境下动力响应问题,利用自回归滑动平均方法建立具有功率谱密度特性的风速模型。结合海上风力机三维结构动力学模型,研究海上风力机在极端工况下的动力响应特性,得出风力机线性速度、平均运动能、平均力矩等参数随时间变化的曲线,分析了曲线中的参数变化对风力机正常运行的影响。研究结果表明,风力机叶尖的平均运动能随着时间的增加呈衰减振荡趋势,平均力矩从0~16 s逐渐衰减变小,16~18 s线性上升,20~60 s呈抛物线变化趋势,并且其它动力响应参数也符合风力机实际运行规律。该研究为海上风力机在极端工况下运行状态参数监测提供一定的参考。     

黏土中海上风力机桩-筒复合基础地震响应分析

参考NREL海上风力机结构参数,基于ABAQUS软件平台,建立黏土中海上风力机桩-筒复合基础的三维整体有限元模型;采用总应力形式的非线性运动硬化模型描述黏土的不排水动应力应变响应,通过编制Matlab程序实现随机风荷载及波浪荷载的模拟;开展地震及风、浪、流荷载共同作用下海上风力机桩-筒复合基础的时域整体动力响应分析,揭示桩-筒复合基础的承载机理,分析地震烈度、土体强度及基础尺寸对桩-筒复合基础动力响应的影响规律。     

基于模态应变能变化率的大型风力发电机叶片损伤识别与定位

基于模态分析理论推导风力机单叶片结构的单元模态应变能变化率计算模型,使用有限元软件ANSYS建立某风场运行的1.5 MW风力发电机单叶片有限元模型,对叶片结构进行模态分析选择4个危险截面设置损伤单元,分8种不同损伤工况研究叶片的低阶模态频率以及模态应变能变化率,以模态应变能变化率作为表征叶片结构损伤的标识量,利用单元模态应变能变化率计算模型得到叶片在不同损伤位置与不同损伤程度下的损伤辨识结果。结果表明对于叶片位置和程度损伤的评估准确有效,可作为进一步研究和实现运行监测的方法。     

复杂配筋静载试桩桩帽数值模拟分析

以驻马店未来科技城工程基础桩试验方案为例,基于钢筋混凝土有限元分离式模型及William-Warnke五参数混凝土强度准则,应用有限元分析软件ANSYS对形状优化后的复杂配筋静载试桩的桩帽进行了数值模拟分析。结果表明,桩帽的位移、混凝土强度、钢筋强度均满足要求;桩帽的最大位移发生在千斤顶作用位置;桩帽内环向钢筋的应力较大,桩帽设计时应适当增大环向钢筋的配筋率;桩帽裂缝主要出现在千斤顶作用面周边,可在千斤顶下部设置钢垫板,以避免裂缝的产生。     

巨型电站直理式蜗壳结构非线性分析

结合三峡电站直埋式蜗壳结构建立有限元模型,分别计算分析了钢衬和外围混凝土间按常规共节点和考虑摩擦接触时结构的静动力特性,并对考虑摩擦接触模型在各项静动荷载作用下的接触间隙进行了研究,对比了不同方案外围混凝土的静动态损伤特性及结构的振动响应,选取不同脉动压力相似比对接触间隙和结构振动响应进行敏感性分析,验证了接触界面模型的合理性.研究结果可对后续直埋式蜗壳在高HD值水电站中的设计应用提供参考.     

随机风场作用下海上风力机基础结构疲劳分析

运用FAST分别建立海上风力机半整体模型与整体耦合模型,计算得到脉动风速时程作用下塔筒顶部位置的风力机荷载。首先采用SACS建立包括塔筒和基础结构的海上风力机简化有限元模型,分别施加基于半整体和整体耦合模型得到的风力机荷载时程,开展支撑结构动力响应计算;再采用海上风力机规范建议的热点应力公式确定基础结构管节点的热点应力时程,采用P-M线性累积准则完成海上风力机基础结构疲劳分析。基于半整体模型与整体耦合模型的疲劳损伤对比得出,有必要采用整体耦合模型开展海上风力机基础结构疲劳校核。     

基础环埋深和法兰宽度对风机基础承载性状的影响

风力发电机的基础在外部荷载作用下承受巨大的弯矩作用,基础应力分布比较复杂,在基础环法兰附近存在应力集中问题。文章通过ABAQUS有限元对风机基础进行数值模拟,计算了基础环不同埋深和基础环下法兰不同宽度情况下的基础混凝土应力、钢筋应力和基础环位移等,讨论了基础环埋深和下法兰宽度对基础承载性状的影响,为风机基础设计提供参考。     

偏航工况下水平轴风力机叶片气动变形数值模拟研究

以非定常叶素动量方法和水平轴风力机结构动力学为基础,建立风力机气弹计算的仿真程序,将偏航模型耦合进气弹程序中,针对某5 MW水平轴风力机进行仿真计算,分析比较了该风力机在不同偏航角工况下叶片变形沿径向和周向的分布情况,总结了不同偏航工况对风力机叶片变形的影响规律。研究结果对风力机叶片设计和疲劳寿命的预测有一定的指导意义。     

水电站蜗壳结构设计参数H与D值影响敏感性分析

在HD值相同的条件下，改变H值和D值，应用三雏有限元程序对蜗壳结构进行线性和非线性分析，以研究H值和D值对蜗壳结构受力特性影响的敏感性。得出参数敏感性的影响规律是，随D值减小（H值增大），钢衬和混凝土的应力呈增大趋势，钢衬承载比逐渐增大，裂缝宽度和范围减小；当D值较大时，腰线处混凝土应力和钢筋应力分布规律与传统相反，即外侧应力大于内侧。故当HD值相同、H值较小、D值较大时，应增加钢筋量，且在腰线处外侧配筋大于内侧。     

493柴油机机体强度及缸孔安装变形有限元分析

建立了某柴油机机体、气缸盖、气缸垫、主轴承盖等的有限元模型;运用非线性有限元软件,模拟了各个部件间的接触关系;计算了柴油机在螺栓预紧工况和爆发压力工况下的应力和应变,确定了最大应力部位,对机体进行了静态及疲劳安全强度校核,并对缸孔的安装变形进行了分析与评价。此方法可为发动机机油消耗评估及机体的改进设计提供依据。     

基于损伤塑性模型的核电站超大型冷却塔损伤分析

以非线性有限元方法为基础,采用混凝土损伤塑性模型,对风荷载作用下核电站超大型冷却塔进行结构非线性分析,得到了冷却塔结构塑形损伤的发生及演变规律。通过分析发现,核电站超大型冷却塔在极端风荷载的作用下,塔身塑形损伤首先产生在塔顶刚性环处,随着荷载的增加,迎风面二分之一塔高处出现平行塑性损伤带并呈45°向下发展,直至塔体丧失承载能力。该研究成果对核电站冷却塔设计及安全评估有重要指导意义。     

风力机基础环与混凝土间相互作用研究

通过数值模拟及理论方法,对基础环与混凝土间的相互作用问题进行研究,包括基础环形式、基础环高度及附近配筋对混凝土应力及结构稳定的影响。研究结果表明:基础环上焊接栓钉增大了基础环与内部混凝土间的接触压力,栓钉布置间距在290 mm以内时,至少承受25%的荷载,凸台可按75%的外荷载进行配筋;基础环露出凸台高度在25%埋入深度对结构及施工均有利。分析了竖向钢筋及环向钢筋对结构的影响,为今后扩展基础设计提供理论依据。