大型风力发电机塔架承载能力研究

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1、大型风力发电机塔架承载能力研究重庆大学硕士学位论文（学术学位）学生姓名：郭智指导教师：杜静教授专业：机械设计及理论学科门类：工学重庆大学机械工程学院二O一四年五月 TheStudyofLoadBearingCapacityonTheLargeWindTurbineTowerAThesisSubmittedtoChongqingUniversityinPartialFulfillmentoftheRequirementfortheMaster’sDegreeofEngineeringByGuoZhiSupervisedbyProf.D

2、uJingSpecialty:MechanicalDesignandTheoryCollegeofMechanicalEngineeringofChongqingUniversity,Chongqing,ChinaMay2014 中文摘要摘要风力发电机塔架是细长薄壁圆筒结构，稳定性是决定承载能力主要因素之一。屈曲临界载荷是结构稳定性的静力指标，在塔架几何非线性和初始几何缺陷存在的情况下，经典工程计算屈曲临界值往往偏高。论文利用有限元计算方法，综合考虑几何非线性和圆度、连接法兰不对中等初始几何缺陷的影响，对风力发电机塔架进行了非线性屈

3、曲分析和参数优化。论文同时讨论了在正常工况和极端工况下塔架动力响应，分析了危险截面的动应力，研究塔架在时变载荷下的承载能力。论文的研究工作为塔架的设计提供了理论依据。论文主要研究工作如下：（1）通过对塔架结构的屈曲及非线性问题、结构动力响应的研究现状分析，在对相关领域进行了解的基础上，确定了论文的主要内容。（2）对塔架承载能力的理论进行了研究。研究了结构线性屈曲及非线性屈曲的理论以及有限元表述，讨论了考虑几何非线性的有限元分析方法，研究了塔架的结构动力响应分析方法。（3）对塔架几何非线性屈曲进行了分析。利用有限元方法对风力发电机塔架进

4、行了非线性屈曲分析，得到塔架的屈曲临界载荷。分析了塔架截面圆度公差和各段塔筒连接偏心对塔架整体非线性屈曲的影响，比较了非线性结构临界屈曲载荷、特征值屈曲分析临界屈曲载荷以及工程计算临界屈曲载荷差异，为后续塔架门洞参数优化提供了依据。（4）进行了塔架门洞屈曲优化设计。应用OpstiStruct的尺寸优化技术，对塔架底部进行了屈曲优化，得到了屈曲临界载荷最大时的塔架门洞尺寸。（5）进行了风力发电机塔架在正常工况和地震载荷作用的动力响应分析，获得了塔架在动载下的位移峰值曲线，发生最大位移响应下塔架的动应力云图，塔架危险截面和动应力状态，为塔

5、架在时变载荷下的承载能力分析提供了依据。关键词：风力发电机塔架，几何非线性屈曲分析，屈曲优化，动力响应分析I 重庆大学硕士学位论文II 英文摘要ABSTRACTThewindturbinetoweristhestructureofthin-wallconetube.Stabilityisoneofthemostimportantfactorstodeterminebearingcapacity.Thebucklingcriticalloadisastaticindicatorintheaspectofstructuralstabili

6、ty.Inthetowerofthepresenceofgeometricnonlinearityandinitialgeometricalimperfection,classicengineeringbucklingcriticalvalueisoftenonthehighside.Becausethestructureoftowerisslendercylinder,thepaperconsidersthegeometricnonlinearityandinitialgeometricalimperfection.Usingfin

7、iteelementsoftwareANSYS,thenonlinearbucklinganalysisiscarriedoutonthewindturbinetower.Paperalsodiscussesthedynamicresponseundernormalconditionandextremeconditionstower.Thispaperanalysesthedynamicstressofthedangeroussection,thetowerundertime-varyingloadcarryingcapacity.T

8、hemaincontentandstructurestudiedinthepaper:（1）Introducingthestaticstabilityofthestructureandresearchsituationi