随机风浪荷载作用下近海风机塔架动力响应分析.pdfVIP

第４４卷 第９期 人　民　长　江 Ｖｏｌ．４４，Ｎｏ．９ ２０１３年 ５月　 　 Ｙａｎｇｔｚｅ　Ｒｉｖｅｒ　 　 Ｍａｙ， ２０１３ 　　文章编号：１００１－４１７９（２０１３）０９－００７５－０４ 随机风 浪荷载作用下近海风机塔架动力响应分析 陈 小 波１，２ （１．东北财经大学 投资工程管理学院，辽宁 大连 １１６０２５；　２．东北财经大学 工程管理研究中心，辽宁 大连 １１６０２５） 摘要：近海风机在随机波浪荷载作用下的动力反应是近海风机结构设计中的关键问题之一。用谐波叠加法研 究了随机风、浪荷载时程的模拟方法，并探讨了考虑波浪波面高程变化时的波浪力计算方法。分两种荷载工 况，采用动力有限元法计算了海上风机在随机波浪荷载作用下的动力反应，探讨了波面高程变化对于海上风 机动力响应计算的影响。计算结果表明，当不计波面高程变化时，波浪力在波峰位置被低估，在波谷位置被高 估，波面高程变化对风机塔架动力响应计算结果将产生影响，在实际工程中应予以适当考虑。 关　键　词：随机波浪荷载；功率谱；谐波叠加法；近海风机；动力响应 中图法分类号：ＴＶ１４　　　文献标志码：Ａ 　　随着全球能源和环境问题的日益凸显，风能的开 波面变化时程，并探讨了实际应用和模拟中应注意的 ［１－３］ ［１３］ 发和利用受到了越来越多的关注 。海上平均风速 问题，其模拟结果与天然波浪比较吻合 。陈严等研 大，风湍流尺度小，而且可以避免占用土地资源和噪音 究了近海风机在极限波浪作用下的计算问题，建立了 ［１４］ 污染，因此海上风力发电正在成为风电领域中一个重 近海风机组的系统荷载模型 。Ｇｕｄｍｅｓｔａｄ等应用 要发展方向［４－５］。海上风机环境荷载较陆上风机复 Ｍｏｒｉｓｏｎ方程研究了桁架海洋结构的波浪力计算问题， ［６］ 其中重点研究了桁架海洋结构的Ｍｏｒｉｓｏｎ方程系数计 杂，风、浪荷载是其主要环境荷载 。为了确保海上 ［１５］ 风机的安全性和稳定性，研究随机风、浪荷载作用下海 算问题 。上述研究工作为本文工作的开展提供了 上风机的动力反应是十分必要的。 良好的借鉴。 国内外很多学者研究了近海风机的动力响应问 １　近海风机塔架的动力方程 题， Ｏｓａｍｕ等研究了近海风机的风与地震的荷载组合 问题，并研究了在风与地震联合作用下的近海风机动 近海风机的主要结构构件包括叶片、塔架和基础。 ［７］ 风机的叶片材料为玻璃纤维增强塑料，叶片气动外形 力响应问题 。陈为飞等建立了１．５ＭＷ近海风机塔 架的有限元模型，基于谐波叠加法模拟得到了近海风 复杂，塔架通常由分段钢塔筒或钢桁架组成，风机基础 荷载时程，并基于 Ｍｏｒｉｓｏｎ方程计算了波浪荷载，采用 常采用单桩式基础或重力式基础。将具有复杂气动外 动力有限元理论对上部塔架进行了风、浪作用下的动 形的叶片简化为变截面矩形悬臂梁，塔架和单桩基础 力分析［８－９］。陈小波等研究了近海风机结构的随机 简化为变截面环形悬臂梁。根据动力学理论，在随机 风、浪荷载问题，并研究了风机在气动力和水动力荷载 风、浪荷载作用下的叶片、塔架和桩