2024中國可再生能源大會：海上固定式風力機塔架動力學和氣動阻尼研究

汕頭大學碩士研究生汕頭大學碩士研究生指導老師孫敬偉3撐撐結構有限元建模梁參考對象——DTU10MW樣機3結構有限元建模EIX=EIFcos2θb+EICsin2θbEIY=EIFsin2θb+EICcos2θbyθ2xu2O|-l00 06EIl22EIl06EIyθ2xu2O|-l00 06EIl22EIl06EIε0TLε0e|l|0||0||EA|||||012EIl36EIl2012EIl36EI l206EIl24EIl06EIl22EIlEAl00EAl00012EIl36EIl2012EIl36EIl2l24EI結構有限元建模dΔ=N1N2dδdδ修正位移場M2非線性歐拉梁yM1N2N1非線性歐拉梁M1M2M2M1M1M2M1M2ε=ε0+εL共旋坐標系結構有限元建模共旋坐標系12lα=arctan(y1x1)lα=arctan(y1x1)qe,,,,,,,u2,0xx+y-l0,=θ-(α-α0),,θ2=θ-(α-α0),研究背景結構建模研究背景結構建模否否初始化軸向和切向誘導查表插值得到升阻力系和切向力系數(shù)Cn和Ct計算軸向和切向誘導因子!<>是<>是!是!研究背景結構建模研究背景結構建模研究背景結構建模塔架風載荷r|yh|=|0cosΨsinΨ||yrhr|yn|=|010||yh|nh塔架波浪載荷塔架波浪載荷研究背景結構建模波速方程kC2=C?1+λ2C1+λ5C2）波面與波高關系H=η|θ=0-η|θ=π波面方程λncos?nk?z+d)sinn?kx?wt)速度勢函數(shù)λncos?nksinn研究背景結構建模研究背景結構建模 B BDF3×10波浪力/Nux=cnλncoshnk(z+d)cosn(kx波浪力/Nux=cnλncoshnk(z+d)cosn(kx—wt)1×100-1×10-2×10-3×10-4×10202530354045時間/s速度變化加速度變化研究背景結構建模外載荷建模<><>Y↓NN研究背景研究背景結構建模外載荷建模123123 K?w2M研究背景研究背景結構建模外載荷建模TKnΦy=ΦTPn)C=αM+βK=|M|(c(2n+2)1Lc1(2N+2)Mc(2N+2)(2N+2),y(t+Δt)=2[y(t+Δt)-y(t)]2[y(t+Δt)-y(t)]4[y(t+Δt)-y(t)]4y&(t)4[y(t+Δt)-y(t)]4y&(t) 研究背景結構建模外載荷建模動態(tài)響應分析氣動阻尼分析氣動阻尼的成因(cosβcosη-sinβcosΨsinη-ΔUx)(1-a)-1UΦ=tan[-1UΩr,sinΨsinη+Ucosβ(1+Ωr,η——主軸仰角 研究背景結構建模外載荷建模動態(tài)響應分析氣動阻尼分析小入流角假設(小入流角假設(cosφ≈1)高葉尖速比假設（Ur?Ud）附著流假設（CL?CD）動態(tài)響應結果風速/m風速/ms8時間/s1.61.41.21.00.80.60.40.20.0051015202530時間/s位移/m0.0200.0150.0100.0050.000-0.005-0.010-0.015N0510152025301.151.101.051.000.950.90 1.151.101.051.000.950.90 2223242526272.01.51.00.50.0-0.5 無氣動阻尼定常氣動阻尼 時變氣動阻尼05101520時間/s展望：耦合的結構動力學模型——塔架和風輪的耦合模型vt=ΦByJ+ΦTJyTΦTJ=1+MBnJ