基于Comsol Multiphysics的海上风力机塔架模态分析.pdf

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1、机械设计与制造第8期204MachineryDesign&Manufacture2011年8月基于ComsolMultiphysics的海上风力机塔架模态分析木孙倩朱龙彪朱志松季采云(南通大学机械工程学院，南通226019)ModaIanalysisofofshorewindturbinetowerbasedonComsoIMultiphysicsSUNQian，ZHULong-biao，ZHUZhi—song，jICai-yun(CollegeofMechanicalEngineering，NantongUniversity，Nantong226019，China)5【

2、摘要】塔架是风力机的主要支撑装置，鉴于海上特殊的工作if,境，塔架振动在所难免。以海上i}3MW风力机塔架为对象，应用有限元分析软件ComsolMuhiphysics对其进行模态分析，除了考虑叶轮激{；励频率的影响外，还要研究波浪频率对塔架的影响，通过求解有限元特征方程，得到前六阶固有频率及振2}型，确定引起塔架与外部激励共振主要取决于塔架的低阶频率；摆振是风力机塔架的主要振动，造成塔架{l顶端振幅较大。通过进行模态分析，为塔架设计、安全运行和结构动力学分析提供更可靠的理论依据。2}关键词：塔架；ComsolMultiphysics；模态分析《l【Abstract】The

3、toweris口lilainsupportdeviceofthewindturbine．Giventhespecialworkingenviron-i}rnentalongtheoffsho~，thevibrationofthetowerisunavoidable．Takingn3MWoffshorewindtoweran{lexample，。modalanalysisiscarriedoutbyusingthefiniteelementSoftwofreComsolMuhiphysics．Notonlyj}theinfluenceofimpeller’srotation

4、frequencyshouldbeconsidered，6Mfalsotheeffectofwaye’sfrequency《lshouldbeconsidered．Thefirstsordernaturalfrequencyandvibrationmodelaregottenthroughsolvingl}thefiniteelementcharacteristicequations．it'determinedthattheresonanceoftowerandexternal{lexcitationmainlydependsonthetower’5low-orderfr

5、equency；Shimmyisthemainvibrationformofthe；；windturbinetower，whichmaycausebiggervibrationamplitudeontopofthetowe~hprovidestheoretic6{}sisforthedesignandsoperationofthetowerandthefurthern凹如analysisofwindturbinetower；l￡hroughthemodalanalysis．10一1_—1h，■，1-小t“1h～j、．_01：●1+1f竺t1r101t兰●1·1璺、坤—0，

6、—，，“一一■1一1一1一1一1一·1一■1一●1_1、—h～●一●1一1F中图分类号：TH16，TH113．1，TM315文献标识码：A1前日IJ言舌2塔培架朵的模俣态念分析塔【力机结构的重要组成部分，它点风力机的霹湛2．1塔架有限元动力特征方程的建立础，必须具备足够的强度与刚度，以保证杌组正常运行。近年来，风力假设塔架单元为线弹性体，并处于小变形范围内。由平衡、机的发展逐渐由陆上延伸到海上，鉴于海上特殊的工作环境，对海上物理、几何三方程可导出结构的有限元基本方程：受风载荷的作用，还要承受波浪载荷的作用，由于风载荷和波浪载荷式中：一总体质量矩阵；c--_总体阻尼矩阵；一

7、总体刚度矩阵；具有交变性与随机性的特点，塔架的振动在所难免，这势必影响整个u，五，五—分别为节点位移、速度、加速度；尺—结构所受外力。风力发电机的性能，因此，研究海上风力机塔架的振动模态，对于优计算塔架结构的固有频率和振型时，由于结构阻尼对固有化塔架的结构参数，提高海上风力机的整体陛能，意义重大。频率影响很小，故在求解时忽略阻尼的影响，同时令载荷项为零，近年来，国内外很多专家学者对风力机塔架的结构进行了可得到结构的无阻尼自由振动方程：[M]I五}+[]{uI-0(2)有限元分析，但多数是基于Ays软件对陆上风力机的研究，基2-