产电工况下高原水平轴风力机塔筒的有限元分析

本文通过建立某高原水平轴风力机塔筒-基础的有限元模型,在分析得到模型固有频率的基础上,考虑风轮作用力以及塔筒风荷载作用,对塔筒-基础模型进行了有限元分析,得到了产电工况下塔筒的力学响应。研究表明:产电工况下,塔筒的位移较小,应力满足强度要求。本文研究可为高原水平轴风力机塔筒设计提供设计依据。     

考虑不同边界约束条件下的风电机塔架固有频率分析

为了准确分析地基土刚度和基础本身刚度对风力发电机塔架动力特性的影响,利用大型通用有限元软件ANSYS对某风力发电机塔架分别建立塔筒有限元模型和塔筒及基础的整体有限元模型,对塔架进行模态分析：考虑不同的边界约束条件,包括塔筒底部刚接、混凝土基础底部刚接、基础底部和侧面均刚接、基础底部刚接侧面约束两个水平方向、基础底部加扭转和竖向弹簧、基础底部加扭转和竖向弹簧并且侧面加水平向弹簧几种模型,确定其固有频率和振型。有限元模型中,机舱质量和叶轮质量以质量单元方式加于塔筒顶部。不同约束条件下的固有频率计算结果显示,地基和基础的弹性对整体结构固有频率有一定影响,是否考虑地基土刚度和基础本身刚度的计算结果的差别为11.6%。这表明在设计中,宜考虑基础本身刚度和地基土刚度对风电机塔架动力性能的影响。最后将塔架固有频率与叶片转动频率1p（1个叶片）、3p（3个叶片）进行比较,结果显示塔架固有频率与1p上限值非常接近,对塔架系统动力特性较为不利。     

拼腔组合结构风机塔筒系统气动响应性能分析

风电资源开发空间的高度及机组容量日益提高,超高塔筒技术得到广泛研究。本文提出一种适用于陆上风电塔筒结构方案的新型拼腔钢-混凝土组合结构风机塔筒,基于风力机系统气动理论,建立了高140m的4.5MW风力机塔筒数值模型,对其在风载下的动力响应进行了数值模拟,并分析了各参数对结构动力特性的影响规律。结果表明:土壤和基础的耦合作用对塔筒系统的频率及模态阻尼比影响较小;风机塔筒的频率、塔顶位移和加速度响应均能满足规范要求;随着风速增大,塔筒顶部位移减小,加速度增大;结构阻尼比对顶部位移的影响较小,而对顶部加速度的影响较明显。研究结果可为塔筒结构风洞试验提供理论依据。     

斜撑框架结构动力性能的有限元分析

根据斜撑框架结构振动台试验模型建立有限元计算模型,采用空间结构有限元分析程序SAP93进行模态分析,计算了模型在单向及三向地震波作用下的动力时程响应,并考察了斜撑取不同计算单元时对结构动力特性造成的影响。     

考虑流固耦合效应的海上单桩式风电塔动力响应研究

风荷载与波浪荷载是海上风电塔承受的主要荷载,对风电塔结构设计起着决定性作用,其动力响应极为复杂。以南通沿海3.0 MW风电机为研究对象,利用数值模拟和现场实测手段,考虑流固耦合效应,建立"基础-塔筒-机舱-风轮"整机模型、风荷载模型、波浪荷载模型,研究海上风电塔在风-波浪联合作用下的结构动力响应以及不同水深对风电机系统振动频率的影响。计算结果表明:采用考虑流固耦合效应与风电塔整机模型分析得到的计算结果与实测结果较一致,可为海上风电塔结构在风-波浪联合作用下的振动分析和结构设计等提供分析方法;波浪荷载对海上风电塔的动力响应存在一定的影响,以风荷载作为主要荷载计算的结果不甚合理;水深对结构低阶振动频率影响不大,但水深对风电塔系统高阶振动频率影响较大,水深越大,高阶振动频率降幅越大。     

输电塔线体系的风(雨)致振动响应与稳定性研究

根据输电塔线体系在风(雨)激励下破坏的实际状况,建立了"三塔两跨"有限元分析模型,其中,输电塔采用三自由度梁单元,导(地)线采用索单元;提出雨荷载的计算方法以及与风湍流共同作用于输电塔线体系的荷载组合原则;分析输电塔、导(地)线和结构体系的结构动力特性及其相互关系;采用数值模拟方法,建立设计与灾害荷载的不同工况组合,分别在时域和频域内对输电塔的动力响应规律进行分析;采用结构主要组件(如主立柱杆件和输电线)强度分析的方法,分析结构强度的变化和灾害发生的可能性原因。研究表明:输电塔线体系的运动耦合性对结构动力特性有不容忽视的影响;降雨对输电塔线体系的响应具有明显影响,且有与风湍流同时作用的激励特征;结构体系发生连续倒塔破坏的原因是风雨共同作用,结构局部动态受压失稳造成的。     

混凝土箱梁结构力学特性分析与安全评价研究

为全面了解预应力箱梁结构的非线性力学性能,基于大型非线性有限元软件MSC.MARC,建立预应力箱梁三维非线性有限元模型,混凝土采用六面体单元,钢筋采用truss杆单元,预应力通过钢筋单元的初始应力输入施加.模拟分析了预应力箱梁在集中荷载作用下的结构力学特性,并通过试验对计算结果进行验证,通过计算与试验结果对既有结构的安全性进行评价.     

悬索桥主塔结构的有限元模拟方法研究：2.模型修正与验证

本文在文献[1]建立的润扬悬索桥主塔的初始有限元模型基础上,采用基于灵敏度分析的模型参数修正方法,结合主塔动力特性的测试结果对主塔的初始有限元模型进行了动力修正。通过三种修正方案的比较,可以看出考虑梁柱节点刚域的影响以及修正参数的上、下限值约束的修正方案最可行。修正后的润扬悬索桥主塔模型能全面、正确地反映主塔结构的动力特性,可作为主塔结构健康监测与安全评估的基准有限元模型。     

ANSYS在冷却塔结构计算中的应用

通过建立冷却塔的有限元模型，分析了其结构在自重及风荷载的作用下塔筒的应力分布规律及变形分布规律，并计算了部分单元的承载力情况，得出局部筒壁子午向配筋量不满足规范要求，应进行结构加固。     

构件弯曲刚度及结构自重对输电塔自振特性的影响

高耸塔架结构是建筑物中的动力敏感结构,在动力分析前必须首先仔细地研究结构本身的模态特性。本文以一高压输电塔建筑为例,建立了输电塔的梁单元有限元模型和以杆单元为主的梁-杆单元混和模型,在分析不同单元形式对输电线塔的固有模态特性的影响的同时,分析了结构自重对模态特性的影响。     

风电中空夹层钢管混凝土结构塔筒在往复扭矩作用下的破坏机理研究

本文基于ABAQUS有限元软件,建立了风电中空夹层钢管混凝土结构塔筒在纯扭往复荷载作用下的“壳-实体”精细有限元模型,并进行了数值模拟计算。有限元模型计算结果与试验结果吻合较好。在此基础上,对风电中空夹层钢管混凝土结构塔筒在纯扭往复荷载作用下的变形过程、破坏形态和机理进行了分析。研究表明,风电中空夹层钢管混凝土结构塔筒在达到极限承载力之前,具有较好的组合工作性能,风电中空夹层钢管混凝土结构塔筒在往复扭矩作用下的破坏过程为钢管的鼓曲变形进一步发展为鼓曲区域钢材低周疲劳开裂破坏,同时提出了风电中空夹层钢管混凝土结构塔筒受扭承载力简化计算方法,计算结果与试验结果吻合较好,可用于工程设计参考。     

考虑局部细节特性的结构多尺度模拟方法研究

本文的目的是研究如何考虑局部细节特性如焊连接部位的应力集中影响来进行结构动力特性和静力响应模拟和分析。为此,采用子结构和约束方程的方法分别建立含局部焊接细节的桥梁结构钢箱梁纵向加劲桁架的不同尺度的有限元模型,并用此有限元模型进行该结构动力特性和静力响应分析,然后与传统有限元模型的分析结果及加劲桁架缩尺实验模型的实测结果进行对比。研究结果表明,采用子结构方法能有效地利用大型商用软件建立该类结构的有限元模型并进行非线性分析,对于大型复杂结构如一个主跨达到千米以上的大跨桥梁结构,如果采用本文提出的建模方法,在桥梁结构的局部焊接细节部分的模拟达到有限元单元特征尺寸为毫米级,则建立的有限元模型实际上已经是一个结构多尺度有限元模型。这样的模型就可用于不同尺度下的结构整体特性分析和局部热点应力分析。     

基于分层壳单元的安全壳结构有限元分析

为了研究某核电预应力混凝土安全壳结构在强震动作用下的响应,采用分层壳单元建立有限元三维模型,并进行时程分析和静力非线性分析。对安全壳1∶10模型结构进行非线性有限元分析,计算该模型的动力特性、初始刚度、最大基底剪力和筒体顶的最大位移。计算分析表明:当试验模型基础处输入地震动峰值加速度达到3g(根据相似关系,试验调整值)时,筒壁底部和设备阀门孔处混凝土的最大拉应力超过4MPa,而穹顶的混凝土大部分处于受压或拉应力小于0.5MPa。有限元计算结果与以往拟动力试验结果较为吻合,验证了安全壳具有足够大的抗震安全存储,为抗震设计提供参考。     

大跨越输电塔线体系风振响应及风振系数分析

输电塔是高柔度的风敏感结构,大跨越输电塔线体系由于塔线耦合作用,动力特性和风振响应变得复杂。以智力CHACAO大跨越工程为例,在Ansys中建立塔线体系有限元模型,从结构的动力特性和风振响应几个方面对单塔及塔线体系进行风振分析;根据时程分析结果对风振系数进行计算并和规范结果对比,发现按照建筑荷载规范结果不准确也不安全,架空输电线路荷载规范由于考虑了横担处的质量突变等因素,总体来说更符合实际也更偏于安全。     

大跨越输电塔有限元刚度模拟实例研究

大跨越输电塔是超高压输电网络的重要组成部分,具有塔体高、档距大及柔度大等特点,对地震、风以及导线覆冰等环境荷载反应灵敏。建立能够反映大跨越输电塔动态特性的有限元模型,对其进行结构健康监测与安全评估,并准确模拟其刚度是至关重要的。本文以500kV淮蚌线淮河大跨越输电塔为例,探讨了大跨度输电塔有限元建模中的刚度模拟。采用不同方案建立该塔的有限元模型,包括梁单元模型和梁杆混合模型,对两种模型进行了模态分析,获得了计算模态的频率及振型。而后,以实测模态数据为依据,对各方案进行了比较分析,确定梁杆混合的方案为优选方案。     

大跨度预应力混凝土连续刚构结构静力分析

以某大桥设计施工图为例,采用大型有限元计算软件建立完整的有限单元模型,对其设计荷载等荷载工况作用下的静力特性、收缩徐变和活载作用(稳定和结构动力特性)进行空间仿真计算和分析研究。计算了桥梁的所有施工阶段和成桥后荷载作用下结构受力,重点考虑并比较预应力、混凝土收缩、徐变、整体温差、局部温差和荷载组合作用对计算的影响。     

“扬帆泰达”雕塑钢结构多尺度有限元分析

基于多尺度建模技术,在有限元分析软件中实现了局部细化模型和整体宏观模型的连接,将整体结构中受力复杂的关键节点用高阶单元建立,其余部分结构采用经典梁单元模型;利用ANSYS有限元软件中的多点约束方程连接梁单元与壳单元,对比研究了传统梁单元模型与多尺度有限元模型在自重与风荷载作用下的计算结果,表明梁单元可近似模拟整体结构的力学性能,但不能精确模拟整体结构中受力复杂区域的受力状态,对整体结构的关键构件应基于多尺度建模技术采用高阶单元建立模型;此外,还分别对梁单元模型及多尺度模型进行了模态分析,得到了高阶单元的引入对整体结构刚度的影响特征。研究表明:多尺度建模方法能够有效地应用于复杂结构的整体分析中,可在计算精度和计算代价中寻求较好的平衡点。     

公路装配式简支梁桥空间受力特性分析

基于三维实体单元建立朗江大桥其中1孔的三维有限元模型,计算该孔的动力特性,并采用DASP动力测试系统对其中6跨进行了动载实验,比较分析其动力特性,同时对其中1跨进行了静力荷载实验,深入探讨了各片梁的空间受力行为,以达到提高整体承载力的目的。     

某箱梁桥墩横向裂缝有限元分析

利用有限元软件ANSYS建立了箱梁桥的空间有限元模型,分别采用Solid65单元与Link8单元来模拟混凝土与钢筋,取得较好的计算效果。计算分析中考虑了交通荷载、配筋率、桥墩约束情况等不同因素,以跨中竖向位移、墩底拉应力为主要评价指标,揭示箱梁桥的动力响应特征。分析认为:箱梁桥的动力响应对交通荷载的大小较为敏感;桥墩的配筋率对其横向裂缝影响不明显;桥墩的约束情况对跨中的位移以及桥墩的内侧拉应力影响比较大。从分析结果看,应该控制交通量,加强桥墩约束。提出了该桥的加固方案。     

半组合结构压弯构件滞回试验的有限元模拟

基于按结构材料力学功能建立离散化单元的思想,将混凝土离散为各向的弹塑性弹簧单元,建立了半组合结构柱的有限元模型。通过有限元软件ANSYS对6个半组合结构压弯构件进行了反复荷载作用下的滞回性能非线性分析,得到了其荷载一位移曲线,并与试验结果进行了对比。结果表明：由有限元模型得到的滞回曲线与试验曲线相似,模拟效果良好;该有限元模型能模拟构件的弹塑性行为和抗震性能,建模简单,结果可信,计算效率高,可用于构件滞回性能的参数分析。