环境激励下海上风电结构模态参数识别技术研究

摘要

随着社会发展对能源需求的增多，风能作为一种典型的可再生能源有着巨大的发展潜力。海上风力发电作为一种有效利用风能的手段有很大前景，海上风电结构也越来越多的投入使用。由于海上风电结构长期在恶劣的海洋环境中运行，其损伤诊断不可忽视。基于振动测试响应信息的损伤诊断基础性和关键性的环节是模态参数识别。为了不影响海上风电结构的正常工作，需要利用环境载荷激励下获取的动力响应信号进行模态参数识别。本文提出了一种在环境荷载激励下对海上风电结构进行模态参数识别的方法。以单立柱三桩式海上风力发电结构为例，首先研究了其基础结构在各种荷载工况下，结构模态参数的识别。然后推广到海上风电整体结构，在其操作工况下的模态参数识别研究。本文主要研究工作如下：
　　1.对单立柱三桩式海上风电基础结构在冲击荷载激励下的模态参数识别进行了研究。建立了基础结构的有限元模型，利用结构的脉冲响应信号，采用复指数方法进行模态参数识别。并且为了提高识别精度，结合了MPC与MAC指标进行虚假模态的剔除。数值计算的结果表明，该方法可以准确的识别出结构的前6阶模态参数，识别模态参数的阶次与载荷施加方向有关。
　　2.对单立柱三桩式海上风电基础结构分别在白噪声载荷和波浪载荷作用下的模态参数进行了研究。通过自然激励法(NExT)从基础结构有限元模型结构的响应信号中获得信号的互相关函数，再运用复指数法识别结构的模态参数，并结合MPC和MAC值进行系统模态和虚假模态的区分。数值计算结果论证了本文提出的方法对环境载荷激励下进行结构模态参数识别的可行性。
　　3.经过对方法的论证，推广到单立柱三桩式海上风电整体结构，在其操作工况下的模态参数识别研究。建立整体结构的有限元模型，模拟工作环境下的风机载荷和波浪载荷对结构的共同作用，利用自然激励法(NExT)与复指数法(Prony)相结合的模态参数识别方法进行风电整体结构的模态参数识别。进一步验证了在环境载荷激励条件下，运用自然激励法(NExT)与复指数法(Prony)相结合的模态参数识别方法的有效性。

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1绪论

1.1研究背景及意义

1.2国内外研究现状

1.3本文的研究内容及论文结构

2结构模态参数识别方法理论研究

2.1基于输出响应的模态参数识别技术简介

2.2模态参数识别方法

2.3环境激励下结构模态参数识别研究

2.4噪声模态和系统模态的区分

3海上风力发电结构介绍

3.1概述

3.2海上风电机组介绍

3.3海上风电基础结构分类

4海上风电基础结构模态参数识别

4.1风电基础结构有限元模型

4.2风电基础结构数值分析

4.3冲击载荷下风电基础结构模态识别

4.4白噪声载荷下风电基础结构模态识别

4.5随机波浪载荷下风电基础结构模态识别

5 风电整体结构的模态识别数值计算

5.1 风电整体结构有限元模型

5.2 风电整体结构数值分析

5.3波浪和风机载荷共同作用下风电整体结构模态参数识别

6 结论与展望

6.1 结论

6.2未来研究工作的展望

参考文献

致谢

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