风力发电机塔架的地震倒塌和风致疲劳分析

摘要

风电塔架是承受整个风力机重量的主要部分，常年受到风荷载的作用，还可能受到随机地震荷载的影响。风荷载的长期作用会使风力机塔架因疲劳损伤的累积而引起结构发生屈服破坏，地震作用的突然袭击会使风力机塔架发生巨大变形而导致倒塌。因此，对风力发电机塔架进行地震倒塌分析和风致疲劳分析具有很重要的工程实际意义。 本文以某一轮毂高度为60m的风力机组为研究对象，对风力机机组受到的随机风荷载进行数值模拟，以20条具有不同脉冲周期的速度脉冲型近场地震和20条普通的远场地震两个地震波集作为地震荷载输入，利用ABAQUS有限元软件对塔架和叶片耦合结构进行了精细的建模，分析塔架在风和地震耦合作用下的动态响应，研究塔架在高烈度地震作用下的倒塌特性，估算塔架在长期风荷载作用下的风致疲劳寿命。 首先通过与一座小型筒体塔架的静力Pushover分析的实验结果进行对比，证明了本文建立的非线性有限元模型能准确地模拟塔架的受力特征，并对其进行模态分析，掌握风力机组的各阶振型和固有频率。 然后根据谐波合成法对风荷载进行数值模拟，利用ABAQUS有限元软件分析塔架在风荷载单独作用以及在近场和远场地震动和瞬态风荷载耦合作用下的动态响应，发现近场地震动作用下塔架顶部的水平位移比对远场地震动作用下大33%，在两种地震荷载作用下塔顶位移响应都小于Pushover分析中的屈服位移，表明该风力机组具有良好的抗震特性；接着通过逐步增加地震动的加速度峰值来研究风力机塔架的倒塌特性，发现风力机塔架在倒塌时的薄弱部位位于塔架底部5m左右处，与Pushover分析的屈服部位相同。 最后，利用雨流法统计风力机塔架的线性累计损伤，根据S-N曲线来获得塔架的疲劳损伤，计算塔架在正常使用下的疲劳寿命，预估塔架的剩余寿命。疲劳分析结果显示：风力机塔架的疲劳寿命满足设计使用要求。

目录

独创性

正文

5.1 结论

5.2 展望