风力机塔架动力学有限元分析系统.pdf

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1、第29卷第5期能源技术Vo1．29No．52008年1O月NERGYTECHNOI，OGYOct．2008风力机塔架动力学有限元分析系统陈严，申新贺，韩新月(汕头大学能源研究所，汕头5i5063)摘要：基于有限单元法，利用VC开发了ANSYS平台下的风力机塔架有限元建模和动力学分析系统。在VC程序中使用APDL语言封装ANSYS，由系统生成的APDI数据文件直接驱动ANSYS进行塔架的动力学性能分析。通过和风力机全系统载荷分析及优化设计软件的集成，实现了从风场计算、气动载荷计算到结构动力学分析的一体化。计算结果的对比分析表明，该软件的计算模型正确，能很好地用于风力机总体设计

2、过程中对塔架结构的动力学分析。关键词：风力机；塔架；结构分析；ANSYS；VC中图分类号：TK83文献标识码：A文章编号：1005—7439(2008)05—026卜O4AFECodesofWindTurbineforStructuralDynamicAnalysisCHENYan，SHENXin-he。HANXin-yue(InstituteofEnergyScience，ShantouUniversity，Shantou515063，China)Abstract：Basedonthefiniteelementmethod。thepaperuseVCtodevelopaf

3、initeelementmeddlingandstructuraldynamicsanalysiscodesontheANSYSplatform．ThecodesuseAPDLlanguagetOrealizedtheencapsulationofANSYS，generatetheAPDLdatafilesdirectlydriveANSYStorealizethestructuraldynamicsofTower．Bytheintegrationof“windturbinefullsystemloadsanalysisandoptimumdesign”software。t

4、hepaperrealizestheintegrationofwindcalculation，aerodynamicloadcalculationandthestructuraldynamics．TheresultsofthecomparativeanalysisshowedthatthetowerFEmodeliscorrect，canbesuitableforwindturbinedesignofthetowerstructureduringthedynamicanalysisKeywords：Offshorewindturbine；Streamfunction；Wav

5、esimulation；Extremewaveloads；Mixed-program塔架是风力机的主要承重结构，它不仅要承受塔架的质量分布、几何参数等，为得到参数调整对其整个机组的重量，而且还要承受风轮旋转过程中所动力学特性的影响，本文准备利用有限元法建立风产生的各种载荷及机组重心偏移引起的偏心力矩、力机塔架、机舱、风轮和地基的结构耦合分析模型，风速梯度载荷等]，因此塔架的设计计算比较复杂。所建立的模型能够较好地反映锥筒式结构实际的质目前，有限元法已经成为塔架设计的必要工具。量分布和刚度分布。目前所开发的风力机塔架结构为保证风力机的塔架具有良好的刚度和总体质动力分析系统，已

6、经集成到了由汕头大学环境与能量要轻，并且运输要方便的要求，现代大型风力机组源科学研究所自主开发的风力机全系统载荷分析及通常采用锥筒式塔架。这种形式的塔架一般由若干优化设计软件HAWTDesignE。]中，实现了从载荷计段长度不等的锥筒用法兰联结而成，塔架由底向上算到动力学分析的集成。直接逐渐变小，整体呈圆台形。这种变截面和变厚l风力机塔架的动力学模型度的结构使得各段的惯性矩、线质量和抗弯刚度等参数都不一样【2]，因此，塔架的有限元建模很复杂。风力机塔架的振动变形主要是前后(顺风向)、通常，在风力机总体设计过程中经常需要调整侧向的弯曲运动和塔架的扭转变形。图1是塔架动力学与分

7、析模型，其中图1(a)是基金项目：广东省科技计划项目(No．2006A10701001)简化的风力机塔架单自由度系统模型，它把塔架等·261·陈严等：风力机塔架动力学有限元分析系统效为一个质量一弹簧一阻尼系统，塔顶的质量块包含2系统的结构分析流程了风轮、机舱、塔架的全部质量；图1(b)是动力学简化模型，该模型只考虑了塔架的前后弯曲振动，变量系统的结构流程图如图2所示。通过输入模型是塔顶前后方向的位移；图l(c)是塔架的有限单元的几何参数建立有限元模型，模型的材料结构参数模型，模型假定锥筒式塔架的材料是线弹性、均匀、