预应力钢筋混凝土风力发电塔架的静力及地震响应分析

摘要

当今全球面临的能源危机和环境问题促进了风能等可再生能源的大规模开发利用。由于预应力钢筋混凝土风力发电塔架具有稳定性能好、抗腐蚀性能强、维修费用低、节约钢材和现场加工方便等方面的优点，并且随着风力发电机向单机大容量和海上风力发电的趋势的发展，预应力钢筋混凝土塔架必将有更广阔的前景。
　　 本文首先运用大量的统计数据和相关事实介绍了当今世界风力发电的发展现状和趋势；然后以风力发电机的设计概要为依据，将日本的风力发电机塔架规范编制成excel，对六个塔架模型进行优化设计；进而将预应力钢筋混凝土高塔模型作为定型塔架，对塔架的强度、刚度、动力学模态和抗震等结构性能进行了分析，重点研究了壁厚、直径和预应力钢筋分布这三个几何尺寸对塔架结构性能和制造成本的影响，以及开洞对塔架各种性能的影响，提出了一系列指导塔架优化设计的重要结论。分析过程中，使用了ANSYS软件进行了塔架的有限元建模分析，详细介绍了塔架荷载的计算与施加，通过比较有限元值和设计值之间的差距，得知日本的设计规范是偏保守的。本文的研究思路、方法和结论对这一领域的后续研究具有一定的促进作用。

目录

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第一章绪论

1.1风力发电的现状及趋势

1.1.1世界风力发电发展现状

1.1.2我国风力资源与风电发展的现状

1.1.3风力发电对破解能源困境的重要作用

1.1.4海上风力发电的介绍

1.1.5风力发电的发展趋势

1.2风力发电机塔架综述

1.2.1塔架的结构

1.2.2塔架的类型

1.2.3预应力钢筋混凝土塔架的优势

1.3本课题主要进行的工作

第二章模型及荷载的介绍

2.1风力发电机的设计概要

2.2塔架几何尺寸的介绍

2.3塔架荷载的介绍

2.3.1暴风作用下的风荷载

2.3.2正常工作时的风荷载

2.3.3地震荷载

2.3.4塔架的机舱压力

2.3.5塔架自重

2.3.6荷载工况

第三章塔架的静力分析

3.1有限元模型的建立

3.1.1塔架的几何模型

3.1.2塔架的单元类型

3.1.3塔架的网格划分

3.1.4塔架的边界条件

3.1.5塔架的荷载施加

3.2塔架的静力分析结果

3.2.1定型塔架的静力分析

3.2.2有限元值与设计值的比较

3.2.3几何变参数对塔架结构的影响

3.2.4开洞对塔架结构的影响

第四章塔架的模态分析

4.1有限元动力学分析方法

4.2模态分析的动力特性

4.2.1模态分析方法

4.2.2定型塔架的模态分析

4.3有限元值与设计值的比较

4.4几何变参数对塔架结构的影响

4.5开洞对塔架结构的影响

第五章塔架的地震响应分析

5.1地震理论及分析方法的介绍

5.1.1地震理论的介绍

5.1.2时程分析方法的介绍

5.2地震波的介绍

5.2.1地震波的选择

5.2.2地震波的调整

5.2.3所选用的地震波

5.2.4地震波的输入

5.3塔架的地震响应分析结果

5.3.1定型塔架的地震响应分析

5.3.2地震响应分析结果与暴风分析结果的比较

5.3.3风力发电机发电时的地震响应分析

5.3.4开洞对塔架结构的影响分析

第六章结论与展望

6.1本文的主要结论

6.2未来工作的展望

参考文献

发表论文和科研情况说明

致 谢