内加筋风力机塔筒风致动力响应与稳定性能研究

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1、中图分类号:TU37论文编号:102870115-S140学科分类号:081402硕士学位论文内加筋风力机塔筒风致动力响应与稳定性能研究研究生姓名梁俊学科专业结构工程研究方向结构抗风与抗震指导教师王法武副教授南京航空航天大学研究生院航空宇航学院二〇一五年三月INanjingUniversityofAeronauticsandAstronauticsTheGraduateSchoolCollegeofAerospaceEngineeringWind-induceddynamicresponseandstabilityperformanceresearchofinnerstiffenedw

2、indturbinetowerAThesisinStructuralEngineeringbyLiangJunAdvisedbyProf.WangFawuSubmittedinPartialFulfillmentoftheRequirementsfortheDegreeofMasterofEngineeringMarch，2015II承诺书本人声明所呈交的硕士学位论文，是本人在导师指导下，进行的研究工作及取得的研究成果。除了文中特别加以标注和致谢的地方外，论文中不包含其他人已经发表或撰写过的研究成果，也不包含为获得南京航空航天大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。本人授权南京航

3、空航天大学可以将学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存、汇编学位论文。作者签名：日期：III内加筋风力机塔筒风致动力响应与稳定性能研究摘要现代MW级大型水平轴风力机塔筒可高达100多米，塔筒自重占了整机重量的1/2，而壳体壁厚不到其直径的1%，却要承受风电机组上部零部件的全部重力荷载以及自然界的各种复杂的动力交变载荷，一旦塔筒结构动力失稳或破坏，往往会造成整个风电机组的全部损毁。本文主要针对塔筒易失稳和损坏的现象，提出内加筋的塔筒结构形式，以期提高结构的安全性。研究了不同内加筋形式的塔筒（考虑轴向和环向不同加筋数目、不同加筋肋的尺寸以及塔

4、筒厚度的变化），分别计算其在不同静力荷载工况作用下的强度、塔筒结构的非线性行为、屈曲稳定、整机模态以及动力响应，并与未加筋塔筒作对比。通过静力强度和动力响应计算的结果表明：加筋的塔筒能提高其抗侧刚度、减小动力载荷作用下的响应，且加筋可以起到一定程度上的抗倒塌作用。但加筋的设置是需要经过优化选择的，并非加筋数目越多越好，需合理的配置加筋的数目、加筋的尺寸、控制总用钢量（经济效益）、应力大小（应力比）以及塔筒厚度等因素。通过对塔筒的非线性分析结果表明：材料非线性和几何非线性在载荷施加的初始阶段至比例极限表现不明显，荷载位移曲线材料弹性和弹塑性情况基本重合，随着载荷继续递增塔筒材料达到屈服强

5、度后，表现出非常明显的双重非线性行为。此外考虑法兰盘的接触非线性能更好的模拟出真实的法兰与螺栓连接出的应力分布情况。对塔筒有初始安装倾斜进行数值模拟，发现在不考虑其他缺陷情况下，不同初始倾斜度对塔筒本身承载力并无太大影响，在荷载位移曲线上主要表现为曲线的左右平移，同一倾斜度的前倾和后倾差异主要在于前倾上升曲线较后倾陡，到达峰值时前倾水平位移较后倾略小。通过对内加筋塔筒的屈曲稳定分析表明：加筋后的塔筒整体失稳及局部失稳模式与未加筋情况完全不同，主要是由于筋条起到了对筋格区间的束缚作用，此外加筋的数目和加筋尺寸及塔筒厚度的不同也会影响塔筒的稳定性。关键词：风力机塔筒，内加筋，非线性行为，风

6、致动力载荷，动力响应，薄壳屈曲IV南京航空航天大学硕士学位论文ABSTRACTModernMega-Wattgradedlargehorizontalaxiswindturbinetowerapproach120metershigh,weighingabout50%ofthetotalweightofthewholemachine,andthethicknessoftheshellonlyaccountforlessthan1%ofitsdiameter,willsupporttheentireweightofthewindturbinesupcomponentsaswellasthe

7、natureofallkindsofcomplicateddynamicalternatingloads,ifthetowerlosingdynamicinstabilityorsufferingstrengthfailure,ittendtobeadevastatinglossesofthewholewindturbinesystemevenworse.Inthispaper,mainlyaimsattheinstabilityanddama