海上风电结构模态参数识别及极端振动响应的推算

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1、海上风电结构模态参数识别及极端振动响应的推算第一章绪论1.1问题的提出　　海上风电结构模态参数识别及极端振动响应的推算第一章绪论1.1问题的提出进入21世纪，能源问题是制约着国民经济发展的主要因素。寻找和开发利用新能源已经成为亟待解决的重要举措。风能是一种可再生的清洁能源，取之不尽，用之不竭，而且不产生任何已知的大气污染[1]。虽然到达地球的太阳能只有2%转化为风能，但其总量依然相当可观。全世界可实际利用风能为2107Middelgrunden在丹麦哥本哈根近海海域建设完成，总装机容量为40MA）对模态参数进行识别[10]。1983年Mergeay研究了单参

2、考点复指数方法，其核心是利用最小二乘估计和脉冲响应函数对各阶模态的复指数展开理论的结合，但是该方法是一种局部检测方法[11]。后来Vold和Leuridan在此基础上进一步发展的多参考点法具有较强的虚假模态识别能力，其识别精度大大提高，但是该方法由于激振技术十分复杂，测试数据量及运算数据量很大，因此，很难在大型复杂的结构中加以运用。1984年，J.N.Junang和R.S.Pappa最早提出了基于实现的随机子空间方法的特征实现算法（ERA）[12]，该方法以多点激励得到的脉冲响应函数矩阵为基础，是通过求解系统矩阵的特征参数来得到模态参数。..第二章启东海上风

3、机结构的振动特性分析2.1启东海上风机结构概况启东海上风机结构位于江苏省启东市寅阳镇侯字村二十五组，道达重工船厂内1#船台和1#船坞之间。其结构主要包括风机机组、风机塔筒、风机基础及其他配套设施，如图2-1所示。风机塔筒为下柱上锥形筒状钢结构，材料选用低合金高强度结构钢Q345E。从上往下共分为三段，两端塔筒之间由高强螺栓连接，塔筒壁厚30mm。塔筒内外表面涂有约0.6mm厚的防腐层，用于抵抗结构在潮湿环境下的锈蚀。风机基础采用天津大学自行研制开发的筒型基础型式[47,48]，其主要材料为钢筋混凝土。基础总高25.2米，下部筒体高度7.2米，上部筒身高度18

4、米，下部筒体底面直径30米，基础圆筒内设六边形分舱板，材料为厚度12mm钢板。上部筒身为双曲面圆筒，筒顶直径为5.95米，筒身内布设预应力孔道，共设后张预应力钢绞线50根，基础总重量约为2500t。与传统的桩式基础和重力式基础相比，这种基础形式更加经济，安全性高且可以回收使用。风机结构主要部件尺寸参数如表2-1所示。.2.2现场测试系统与测试方案测点布置原则：以最能够表征风机整体结构的振动特性、反映机组、塔筒与基础联合振动规律以及最大程度的获得结构振动模态信息的显著区域作为选择布置测点的区域。根据上述测点布置的原则，本次测试工作测点布置如表2-2所示。本次现

5、场测试共布置5个测量层，15个传感器，各测量层的标高分别约为18m，24m、40m、68m和98m。将测点按一定的规则进行编号，第一层测点编号为1#（X方向）、2#（Z方向即竖直向）、3#（Y方向），从上至下依次类推，各位移传感器的测点布置位置如图2-2所示。本次振动测试系统布置图如图2-3所示。现场测试系统主要包括以下几个部分：（1）DP型地震式低频振动传感器。该传感器根据清华大学发明专利研制的新型传感器。它是将结构固有频率较高的地震检波器通过一套低频扩展（校正）电路，使得其输出特性的固有频率降为原来检波器的1/20~1/100。该传感器既具有耐冲击、抗震

6、、高稳定度和良好的低频输出特征，又能测量微米级的绝对振动位移，在国内产品中的灵敏度是比较高，特别适合于大型结构的振动测量，具有较好的口碑。本次测试中选用测试传感器型号为DPS0.358H（V）、DPS0.25H（V）、DPS0.10.2H等；（2）INV306U智能信号采集处理分析仪。该采集系统通道数较多，可满足本次测试全部测点的同步采集要求；（3）电源箱一个；（4）笔记本电脑一台；（5）电缆线若干。第三章海上风电结构模态参数的识别.........193.1模态参数识别的方法..........193.2基于随机减量法和ITD算法的模态参数.....223

7、.3基于自然激励法和特征系统实现算法.....253.4海上风电结构的模态参数识别..........323.5本章小结.........35第四章海上风机塔架极端振动响应的推算..........364.1随机风速时程模拟.......364.2风机结构的荷载分析..........414.3风机塔架的动力响应分析...........434.4海上风机结构极端振动响应的推算.......514.5本章小结.........55第五章结论与展望........575.1结论..........575.2存在问题与展望...........58第四章海上风机

8、塔架极端振动响应的推算对于近海风机这种大型气动敏感结