2024中国可再生能源大会：海上固定式风力机塔架动力学和气动阻尼研究

汕头大学硕士研究生汕头大学硕士研究生指导老师孙敬伟3撑撑结构有限元建模梁参考对象——DTU10MW样机3结构有限元建模EIX=EIFcos2θb+EICsin2θbEIY=EIFsin2θb+EICcos2θbyθ2xu2O|-l00 06EIl22EIl06EIyθ2xu2O|-l00 06EIl22EIl06EIε0TLε0e|l|0||0||EA|||||012EIl36EIl2012EIl36EI l206EIl24EIl06EIl22EIlEAl00EAl00012EIl36EIl2012EIl36EIl2l24EI结构有限元建模dΔ=N1N2dδdδ修正位移场M2非线性欧拉梁yM1N2N1非线性欧拉梁M1M2M2M1M1M2M1M2ε=ε0+εL共旋坐标系结构有限元建模共旋坐标系12lα=arctan(y1x1)lα=arctan(y1x1)qe,,,,,,,u2,0xx+y-l0,=θ-(α-α0),,θ2=θ-(α-α0),研究背景结构建模研究背景结构建模否否初始化轴向和切向诱导查表插值得到升阻力系和切向力系数Cn和Ct计算轴向和切向诱导因子!<>是<>是!是!研究背景结构建模研究背景结构建模研究背景结构建模塔架风载荷r|yh|=|0cosΨsinΨ||yrhr|yn|=|010||yh|nh塔架波浪载荷塔架波浪载荷研究背景结构建模波速方程kC2=Cሺ1+λ2C1+λ5C2）波面与波高关系H=η|θ=0-η|θ=π波面方程λncosℎnkሺz+d)sinnሺkx−wt)速度势函数λncosℎnksinn研究背景结构建模研究背景结构建模 B BDF3×10波浪力/Nux=cnλncoshnk(z+d)cosn(kx波浪力/Nux=cnλncoshnk(z+d)cosn(kx—wt)1×100-1×10-2×10-3×10-4×10202530354045时间/s速度变化加速度变化研究背景结构建模外载荷建模<><>Y↓NN研究背景研究背景结构建模外载荷建模123123 K−w2M研究背景研究背景结构建模外载荷建模TKnΦy=ΦTPn)C=αM+βK=|M|(c(2n+2)1Lc1(2N+2)Mc(2N+2)(2N+2),y(t+Δt)=2[y(t+Δt)-y(t)]2[y(t+Δt)-y(t)]4[y(t+Δt)-y(t)]4y&(t)4[y(t+Δt)-y(t)]4y&(t) 研究背景结构建模外载荷建模动态响应分析气动阻尼分析气动阻尼的成因(cosβcosη-sinβcosΨsinη-ΔUx)(1-a)-1UΦ=tan[-1UΩr,sinΨsinη+Ucosβ(1+Ωr,η——主轴仰角 研究背景结构建模外载荷建模动态响应分析气动阻尼分析小入流角假设(小入流角假设(cosφ≈1)高叶尖速比假设（Ur?Ud）附着流假设（CL?CD）动态响应结果风速/m风速/ms8时间/s1.61.41.21.00.80.60.40.20.0051015202530时间/s位移/m0.0200.0150.0100.0050.000-0.005-0.010-0.015N0510152025301.151.101.051.000.950.90 1.151.101.051.000.950.90 2223242526272.01.51.00.50.0-0.5 无气动阻尼定常气动阻尼 时变气动阻尼05101520时间/s展望：耦合的结构动力学模型——塔架和风轮的耦合模型vt=ΦByJ+ΦTJyTΦTJ=1+MBnJ