海冰作用下近海桩柱式风力机动力学响应研究

摘要

高纬度低温海域海平面存在大量运动状态的海冰,位于此处的近海桩柱式风力机容易受到不规则的海冰载荷作用,风力机平台、塔架和叶片等结构部件的动力学响应均受其影响.为定性及定量分析海冰载荷对叶片和塔架的结构动力学响应的影响程度,以NREL 5 MW近海4桩柱式风力机为研究对象,耦合风载荷、波浪载荷及海冰载荷,通过Kane方法建立风力机动力学模型,其中海冰载荷通过冰力函数定义.对比分析了在IEC Lock in冰力函数、M(a)(a)tt(a)nen海冰模型和无海冰作用三种工况下叶片和塔架的结构动力学响应,结果表明:海冰载荷使塔顶位移增加,在M(a)(a)tt(a)nen海冰模型作用下塔顶位移增加了24.1％,在IEC Lock in模型作用下则增加了16％;两种海冰模型均不同程度地使叶片挥舞振动的频率增大,其中在M(a)(a)tt(a)nen海冰模型中变化更加剧烈,这极大地增加了叶片的疲劳载荷.