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第卷第期机械工程学报
年月犯
基于有限元法的风力机塔架结构动态分析
陆萍秦惠芳来芝云
东大学机械工程学院济南
摘要将有限元技术与模态分析理论相结合, 在有限元软件的基础上研制了一套用于风力机塔架结构的动态分
析程序系统。讨论了模型建立、载荷施加、边界条件和模态参数的计算, 并给出了应用实例及结果分析。
关键词有限元法风力机塔架模态分析
中图分类号
而实际结构中在斜腹杆交叉处及斜腹杆与立柱联接
前言处, 均使构件并非只受轴向力作用, 故采用梁单元
结构更接近实际状态。为提高求解精度, 我们将整
机械结构动态分析与设计是正在发展中的一项个塔架全部采用梁单元来划分网格。对锥筒形塔
, 。
新技术涉及众多学科结构动态设计的一个重要架, 可采用板单元或壳单元。但从理论上讲, 板单
内容是研究结构的动态特性及受动载荷作用产生的元的变形为弯曲变形, 而壳单元除弯曲变形外还有
。
动态响应在“风力机气动设计软件包结构动力学中面的变形, 且壳体的弯曲内力和中面内力相互联
”, 。
特性分析子包的研制中我们以工作站上的系、相互影响分析塔筒结构, 采用壳单元更为合
,
刀写大型有限元通用软件为基础在微机上开理, 对这两种情况的计算结果也证实了这一点, 因
发出适用于风力机塔架结构特性分析的通用软件, 此采用四节点壳单元划分塔筒网格。
设计人员在人机交互方式下输入塔架基本参数, 计
算机即刻完成网格生成, 载荷施加, 有限元计算到
结果数据及图形输出, 从而为有限元法在风力机结
构设计中的应用提供了适用的工具。
有限元模型
在动力分析中, 利用弹性力学有限元法建立结
构的动力学模型, 进而计算出结构的固有频率、振
型等模态参数及动力响应。由于对同一结构可以有
多种可行方案, 所以合理选择单元类型及离散化程
度, 合理选择建模方案, 是结构有限元分析能否达
图风力机结构简图
到预期目的的关键。
单元选择载荷施加
,
风力机塔架一般有空间系杆钢结构和锥筒形结风力机塔架所承受的载荷除塔架自重外主要
, 。
构两种形式。图为风力机结构简图。对空间系有发电机组的重力来自风轮的载荷和风荷载
、
杆钢结构塔架, 分别选择析架单元、梁单元、梁一通过风轮作用于塔架的载荷包括气动推力偏
, , ,
析架组合结构三种力学模型进行了计算。由于空间转力矩陀螺力矩等转换到塔架坐标系中可分
、、
析架单元杆单元只承受轴向力, 且每个结点有解为沿三个坐标轴的三个分力凡和三个力
、、, 。
自由度, 空间框架结构的梁单元每个节点有自由矩林如图所示计算时按最大设计工
、,
度, 因此塔架视为空间析架结构的总体刚度矩阵的况最大气动工况和制动工况分别输入自动建模
阶数比空间梁单元结构要低得多。这可使计算速度程序可由这些载荷连同发电机组的重力一起计算出
。
加快, 且占内存少, 但计算精度不及梁单元结构。作用于塔架顶部节点上的固端力, 加到塔架上
大型水平轴风力机塔架的顶端安装有较大质量
的底仓和周期性旋转的风轮, 塔架的固有振动特性
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机械工程学报第卷第期
对风轮的动态性能具有重要的影响,