鋼筋混凝土風(fēng)力發(fā)電塔風(fēng)致動(dòng)力響應(yīng)分析

　　1 引言
　　隨著風(fēng)電機(jī)組向大型化、海洋化發(fā)展，風(fēng)電機(jī)組鋼塔因自身局限性已難以滿(mǎn)足工程需要，諸多敏銳人士已將目光投向鋼筋混凝土風(fēng)電機(jī)組塔筒。本課題組基于ABUQUS 軟件構(gòu)建了預(yù)應(yīng)力鋼筋混凝土風(fēng)力發(fā)電高塔精細(xì)化有限元模型，完成了同時(shí)考慮材料與幾何非線性的結(jié)構(gòu)分析，并通過(guò)實(shí)驗(yàn)驗(yàn)證了結(jié)構(gòu)分析的有效性。盡管所實(shí)現(xiàn)的結(jié)構(gòu)分析僅限于塔筒，但是課題組合理地考慮了作用在葉片與機(jī)艙上的氣動(dòng)荷載。值得指出，課題組僅限于擬靜力分析，而未考慮動(dòng)力效應(yīng)。事實(shí)上，由于風(fēng)電機(jī)組獨(dú)特的結(jié)構(gòu)形式與運(yùn)行方式，其風(fēng)致動(dòng)力響應(yīng)分析要遠(yuǎn)比一般高聳結(jié)構(gòu)復(fù)雜。
　　綜上，鋼筋混凝土風(fēng)力發(fā)電高塔研究尚存在三大局限性：第一，結(jié)構(gòu)建模多為局部建模，未實(shí)現(xiàn)“葉片－機(jī)艙－塔筒－基礎(chǔ)”一體化建模；第二，未考慮葉片旋轉(zhuǎn)效應(yīng)對(duì)風(fēng)場(chǎng)結(jié)構(gòu)的影響；第三，尚未實(shí)現(xiàn)結(jié)構(gòu)風(fēng)致動(dòng)力響應(yīng)分析。有鑒于此，為了正確分析鋼筋混凝土風(fēng)力發(fā)電高塔的風(fēng)振動(dòng)力響應(yīng)，本文首先完成了1.25MW 鋼筋混凝土風(fēng)力發(fā)電高塔設(shè)計(jì)，建立了風(fēng)電機(jī)組“葉片－機(jī)艙－塔筒－基礎(chǔ)”精細(xì)化有限元模型。然后，基于隨機(jī)過(guò)程的隨機(jī)函數(shù)描述，提出了隨機(jī)Fourier 譜與旋轉(zhuǎn)Fourier 譜物理模型，依據(jù)隨機(jī)函數(shù)法實(shí)現(xiàn)了風(fēng)電機(jī)組風(fēng)場(chǎng)模擬。最后，以大型有限元分析軟件ANSYS 為平臺(tái)，完成了鋼筋混凝土風(fēng)力發(fā)電高塔風(fēng)致動(dòng)力響應(yīng)分析，并與風(fēng)力發(fā)電鋼塔進(jìn)行了對(duì)比。
　　2 一體化有限元模型
　　所謂風(fēng)電機(jī)組一體化有限元模型，是指將槳葉、機(jī)艙、塔體和基礎(chǔ)同時(shí)建模，以獲取準(zhǔn)確的結(jié)構(gòu)動(dòng)力特性，模擬不同構(gòu)件（尤其是槳葉與塔體）之間的相互耦合作用，并反映結(jié)構(gòu)應(yīng)力集中、局部屈曲等細(xì)部特征。本文以典型的1.25MW 三槳葉變槳距風(fēng)電機(jī)組為研究載體，建模平臺(tái)為大型通用分析軟件ANSYS。