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风力发电机塔结构分析与设计的考虑：综述,风力发电机,结构,分析,设计,考虑,综述
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风力发电机塔结构分析与设计的考虑：综述近几十年来，风力发电机的使用成倍增长，以满足日益增长的电力需求。 随着发电机设计和发电能力的提高，产生的增量 发电机大小上的传感器要求它们能够承受多重和强烈的动态负载。这些载荷会导致更大的应力、疲劳、扭转、偏转和振动等，从而导致 以确保在发电机的使用寿命周期内发生更大的故障。这些问题对改进设计、制造过程和改进设计、制造过程中的研究和技术发展具有重要意义 风力涡轮机塔的安装。 这项工作详细审查了塔的分析和设计中最值得注意的方面。 这些方面包括负载和驱动力 结构分析的类型，使用的软件，以及用于验证各个方面本身的实验类型。 此外，对陆上和陆上支持类型的不同看法 讨论了海上风力涡轮机。 同样，对新设计和建筑材料的建议也进行了分析。 本审查综合了最相关的方面和最近的发展 风力涡轮机塔的设计、制造和安装。 开展这项工作的目的是提供一个当代的参考框架，以促进未来风力发电机组塔塔的研究和项目开发。1. 导言由于经济的快速发展和城市化，电力需求正在显著增加。 据估计，到2030年，全球用电量将达到31657千瓦时。 卡伦 电力主要通过化石燃料生产，这是一个主要值得关注的问题，因为由于能源需求的增加，预计将出现能源危机和环境问题。与化石傅一起 由于ELS正在迅速枯竭，可再生能源的使用引起了人们的极大兴趣，因为它可能被用来满足当前和未来的能源需求。 在可再生能源选择中，风能是 由于使用风力发电机的成本效益、可持续性和低环境影响，被认为是最有希望的之一。由于使用风力涡轮机将风能转换为电能，因此发电的数量主要取决于风力涡轮机的转速，即资源和气动设计。 一个WT包括三个主要部分，即转子，吊舱和塔。 风力涡轮机塔(WTT)将转子和吊舱提升到地面以上 垂直至最小高度，即对应的转子直径高度。这将确保了叶片不会与地面碰撞。最大高度受到成本和挑战的限制安装。 然而，这些制约因素随着科技进步和创新不断演变。第一批WTT有一个格子设计，而用钢或混凝土建造的圆柱形或圆锥形管状WTT是现在最常用的设计。选择一个设计的标准通常取决于自然振动的频率、风能、美学考虑和拟建的安装地点。目前，由于这些电力系统的各种动态负载，WTT系统受到了很大的压力 在行动期间需要维持。 主要的动力载荷是风与转子和塔的相互作用以及吊舱和转子的重量。 后者的重量，它位于塔顶，引起结构的不稳定性，其固有频率大于同一高度3的建筑物。 地震对WTS的影响 也应该考虑。 位于海上的WT还将在其支架和WTT上承受波和海流载荷。 风的影响，它变得不那么湍流，但更强烈 增加WTT高度，也必须考虑。随着风力发电在全球范围内的不断发展，重要的是要了解和可靠地预测塔由于各种强烈的外部载荷而产生的结构响应。 因此，详细和合作 必须开发全面的结构分析模型，以确保WTT的操作适用性和安全性。 这些模型应该同时考虑几个自由度和非自由度 -与线性相关的参数。此外，要对海上或陆地上的设施进行详细的结构分析，也需要考虑土壤的影响及其与结构的相互作用。此外，模拟系统 需要进行分析和实验来验证所获得的分析结果。 关于上述问题，选择和优化仍然是结构和经济中非常重要的问题 该塔的结构系统的麦克风开发，因为WTT的成本约占一个典型的WT项目的总成本的20-30%。介绍了WTTS设计中涉及的主要参数的分类。 本研究的目的是为未来的研究项目提供想法和替代方案。 本文收集的信息介绍了考虑到不同类型的负载、分析方法、基础和模拟的WT的当前研究和开发进展。本研究的第二部分描述了WTT设计中考虑的最常见的载荷类型，例如风模型、风对WTT的不同部分施加的力 海洋对结构及其地基的作用作用，以及重力和其他不太常见的荷载，如地震荷载和由雪的堆积引起的荷载。第三个，是的 部分描述了用于WTS的支持以及安装这些支持的土壤类型。 就其本身而言，第四节描述了进行的最常见的结构分析类型 WTT，即：振动模式、刚度、偏转、疲劳和风力。第五节介绍了通过仪器分析或仪器方法来解决和验证所提模型的方法 使用专门的软件。 随后，第六节提出了WTT的新建筑材料的建议，以及混合塔的设计和方法，这些可以优化到r 降低成本。 最后，最后一节讨论了WTT结构领域的未来研究方向。2.风力涡轮机的负荷的类型2.1. 风荷载虽然作用在风力发电机上的风荷载主要包括两种类型，那些作用在涡轮机上和那些作用在塔上，但风在本质上是不可预测的，并对各种结构施加推力 在方向和不同的强度下。2.1.1. 风力模型由于风的分散和随机特性，准确估计风电场安装的足够土地面积的唯一方法是分析风的测量记录 气象站通过统计方法进行ED。 为此，开发了风估计方法。 其中最古老的是Fisher Tippet方法（1928），它是由Jenkin修改的 儿子在1955年by将Fisher-Tippet公式推广到一个方程中。 这个方程被称为极值的广义分布。 费尔南德斯做出了重要贡献 写一篇关于风估计方法演变的历史回顾。上述分析的分布有三种类型：I型或Gumbel分布；II型或Frechet分布；III型或Weibull分布。 选择其中的一些发行版一直是科学界激烈辩论的主题。今天，一些研究人员更喜欢对I型疾病的分布进行调整。然而，梅恩的统计数据 因为这种类型的分布在“表现良好”的气候下得到了令人满意的调整，即在产生极端风的事件中变化很小的地方。III型分布可以最小化 分布中的渐近行为误差，虽然它在热带地区不能很好地工作，但数据可以在这些地区使用这种方法。 显然，估计风的动态行为的一般和详细的方法尚未可用。. 平均风速。 在风能项目的开发中，从气象站获得的数据库和至少一年的风力行为记录的汇编是必不可少的3。 这些数据来自位于选定区域的气象站，然后使用各种统计方法进行处理和分析。最突出的方法之一是威布尔方法 这是国际电工委员会(IEC)推荐的。国际标准61400-1。 由于其两个调整参数，与瑞利分布相比，分布函数与所获得的数据更好地耦合。 尽管如此 后一种分布也是IEC61400-1所推荐的，它只有一个调整参数，是威布尔分布的一种特定形式，其形式因子为k=2。 威布尔预备队 密度函数是一个由两个参数组成的方程，称为c尺度和k形，第一个定义了分布的分散方式，后者定义了分布的形状错误。其中是平均风速，并考虑到10分钟的测量间隔。有各种方法来确定形状和尺度参数，如p 在表1中表示不满。 确定Weibull参数的方法将取决于分析人员可用的计算和数学资源。此外，如果需要使用精度来确定形状和尺度参数，则会使用数值方法。这些方法使用的数学迭代，提供了一个更适合的韦布尔分布，并被称为最大概率和最大修正概率。如果需要快速计算，可以使用图形方法或最小二乘方法。 后者使用线性方程，插值累积分布函数。 比利用现场风速和平均速度的标准差生成k形状和c尺寸值，矩量法是另一种可接受的方法，需要LITTL e.我们有这方面的数学知识。.带风型结构的风剖面图使用垂直风剖面来获得当与地面的距离随增加时的风速变化。如果有鉴于此，就有必要考虑到这一现象 塔基的风速将与结构顶部的风速不一样，这是一个更明显的变化，如果塔接近或超过100米的高度。 Al 虽然风廓线可以是准静态的，也可以是随机的，但本文没有讨论后者。 然而，应该指出的是，准静态模型已经被取消 速度或有经验或有理论基础。基于单宁-奥布霍夫理论，这是一个不带绝热校正的对数模型和一个带绝热校正的对数模型 具有最广泛应用的理论基础的模型。 因此，这些模型被研究人员首选用于风能问题。 而具有绝热Co的对数模型 安装更现实，它需要更多的参数，如摩擦速度，湍流和大气稳定性，这些数据只能在专门测量的地点获得 可用，如风力农场与三维声波风速计。另一方面，经验模型依赖于在至少一年的时间内获得的实验风数据，以及对遗址地理学的全面知识。此外，还有 ，经验模型不那么复杂，并由IEC61400-1,2推荐。因此，对数剖面最适合于与WT所需的风剖面计算 高度接近或大于100米，由于方程（2）的曲线，其中迅速稳定。 其中VR是在已知高度测量的风速（这可能是轮毂的高度，也可能是风速传感器所在的测量塔的高度），z是高度 要获得的风速，而zr是获得测量值的高度。因此，通常首选安装WT的平面场地。潜在的WT安装程序 离子位置尽可能平坦，因为地形的不规则会引起气流的湍流。 这些违规行为可能包括树木、灌木和房屋，它们的价值被指定为Zo。作为幂次法（等式）在低/中/高度表现稳定，用于对低功率风力发电机或高度不超过100米的结构进行风速计算。其中是风切变指数。 虽然一些研究考虑了一个返回周期KR来获得幂律，但这在等式中没有考虑。 因为它的值接近1。 你的灵魂 上述任何一个方程的连接都取决于与风电场的地理参数有关的数据。此外，指数并不像预期的那样是常数，这取决于ot值 呃变量，比如动物园，风速和高度。在离美属维尔京群岛海岸10米和33米高度的一年风中进行了观测 确定了任何热带沿海地区不同大气条件下的系数。 另一边另外，IEC61400-1和挪威版本(DNV)生产了具有平均值的粗糙度和功率指数表，主要用于北欧。而有许多人则会重新设置电弧线 她使用这些值来计算风力涡轮机的设计，研究应该在特定的地理区域进行，以获得更好的数据来设计WTT。.带有极强的风使用极端风条件来确定WT上的极端荷载，因此，在结构设计计算中被考虑。这些情况通常是由风暴引起的。获得极端风值的过程从风资源分析开始，该分析是通过Weibull概率密度函数进行的，并提供了一个更经常的年度胜利 用Vave表示的d值。 平均风速值增加五倍(当k1.7或平坦地形时)。 这五倍的增长是通过标准的Gumbel型分析风速MEA 超过20年的长期担保。 参考风Vref，这是在风力机转子高度10分钟的测量间隔内所取的极端风速值 ，然后获得了50年的回报期。这些值用于计算生存风速，或Ve50。在IEC61400-1中，参考速度（参考参考值）与 年平均速度(Vave)对于不同的WT类是恒定的，这种关系是基于典型的英国和荷兰建筑规范41的价值。 取决于平均值的值 芦苇谷，风分为三类27：一级，风速10米/s；二级，风速8.5米/s；III级，风速7.5米/s。这里有第四个班 被称为特殊类，具有特定的设计值。 表3显示了这些类的值。极端风速Ve50和Ve1用于计算可能发生的最大风速。 Ve50是用来计算风速时，如果一个特殊的自然现象。 不是这样 可以说，这将每50年发生一次，但这是一个统计主题，它考虑了一定的可能性，即强风将在至少一定数量的年份(50或几年 r)一些概率曲线。2.1.2.由风的推力对转子所引起的力当气流遇到由身体阻碍其运动引起的某些阻力时，这种阻碍被称为推力。 对于WT，推力是由风对转子AN施加的 那座塔。 对转子施加的推力可以用五种广泛研究的理论来计算，即动量理论；叶片单元理论(BET)；叶片单元动量理论(BEM)；Vorte 计算流体力学(CFD)理论。 每个理论都提到了以上已由审阅和批评。 此外，文献中的其他理论是对这五种理论的修改或修正。. 运动中的转子转子的旋转会在塔顶产生圆形扫掠效应，而风压则会在风的方向产生力。 动量理论 模糊的转子扫掠区域不是完全固体，相反，是一个多孔圆盘，空气可以通过。 这个概念可以简化计算，因此是Ve 经常。 随着其调整迭代，BEM模型更加精确，尽管需要更详细的叶片几何形状和气流动力学信息。动量模型规定，如果圆盘完全固体，则在低速28时推力系数CT可达1.5；因此，在WT分析中，该系数低于此值 （在0.1到0.9之间）。风对转子施加的FR施加的推力计算可以通过等式来确定，可根据IEC61400-1.2进行推荐。其中w是空气密度，A是叶片扫荡面积，VNOM是WT的标称速度，CT是推力系数。 在塔结构设计中，推力系数最大 具有非常重要且难以获得的参数。为这个参数找到正确的值提供了任何结构的流体动力学的行为，特别是那个o 如果是WTT。 在获得转子负载时，设计速度通常起着重要的作用，因为它是二次增加的。 控制每个叶片的攻角作为制动 机制是必不可少的。 对于其部分，当攻角最优且在标称速度下工作时，得到对转子轴施加的最大力。 若的攻角 叶片从最优值变化，这也改变了推力系数，降低了其值，直到达到最大风，因此WT将制动。一般来说，低功率的WT没有任何控制装置来调节叶片的攻角，并且在15m/s至25m/s之间的风速下在转子轴上呈现最大的推力 。可以通过用平均功率的2.5倍代替标称速度2.5m来获得低功率WT上的力。. 停车条件在风切变以上的情况下，WT应通过其制动控制来制动，控制偏航、风向标、节距控制和机械制动等等。用于计算在这些条件下(极端风和停放条件)对转子施加的推力。 然而，有两个主要的负载考虑，如下所示 第A小节和第B小节。其中，B是叶片的数量，而Ve50是具有a的极端风速复发50年，CD是叶片的阻力系数，B是垂直于风的叶片的面积。.1.刀片的俯仰角度为90作为一种额外的安全措施，一个WT在停车时将其叶片放置在羽毛状的位置，以确保叶片不在at的角度上 钉位置，这将导致涡轮失速。 在这种情况下，叶片的阻力系数趋于急剧下降，而转子AXI上的推力水平则明显下降 与所施加的力相比，在WT运行时，S是非常低的。 另一方面，IEC61400-1建议对结构的设计和电阻进行计算 请说明这样一种情况，即有极端的风和叶片处于有羽毛的位置。一些研究应用了这些建议，并确保了它们的计算具有极端风 考虑到，如下所述：频率（37.5、42.5和50m/s）15,45；ve50（52.5.5、59.5、70m/s）；以及飓风引起的实际风速（30至50m/s之间）。.2. 刀锋攻击角度如果叶片定向机制发生误差，则WT保持在攻角模式，这意味着阻力系数CD保持较高 r值与90时的CD值相比。由于对这种极端情况的研究尚未发现，因此建议对分析结构行为所需的计算结果保持一致为了将这些结果与来自暴露于飓风后已经崩溃的WT的数据进行比较。因此，考虑到额外的设计考虑因素是非常重要的。标准IEC61400-2规定，导致涡轮高速旋转的情况，如极端风和所有制动系统被禁用，可作为分析的极端情况低功率WTS，无可变螺距调节。 这些条件会在转子轴上产生很高的推力，从而使整个系统崩溃。设计师的技能在这里面被揭示出来能够确保WT不在这些设计条件下工作，而是选择各种制动系统。2.1.3.风对塔上的推力作用力管状塔上最简单的风力模型认为塔的直径从底部到上恒定，风的垂直剖面视为均匀分布。另一个用于方便计算的模型是将塔分成几个部分，并通过每个部分的和获得推力。如果曲率 e考虑了风的垂直剖面，该数学模型近似于结构的实际行为，获得每个高度差的阻力系数Ce，因为这是一项在模型开发和解决中更复杂的任务。到目前为止，目前还没有对获得施加在塔上的推力的每种方法的近似值进行研究。因此，在塔架设计中可能出现的错误 使用每种方法仍然很不知道。最大的推力是由极端的风速造成的，因为塔是静态的，必须维持风暴的阵风。等式可计算出其推力 塔上的风，并适应上述每个模型。其中Aefe是直接受风影响的塔的有效面积，Ce是塔的阻力系数。 根据计算圆柱的阻力系数。 “1”已显示在参考文献中。它建立了阻力系数取决于通过等式计算出的雷诺数，其参数为气瓶筒模具直径；a 空气运动粘度系数。 文献表明，圆柱塔的阻力系数在0.60.9之间。2.2.海上结构上的波浪力在公海上作用于WT支撑物的载荷是由塔、吊舱和转子承受的重量引起的；此外，波浪和洋流引起的水平力也很大 年代的。由风驱动的波浪是可以施加在支撑物上的最大的作用力来源。此外，膨胀是不规则的，随高度和长度而不同，并会对结构产生影响 e，从不同的方向出发。2.2.1. 波浪力波对WTT支架施加的作用力主要通过两种方法计算：衍射理论和莫里森方程，以及它们各自的变体。该理论，o 衍射计算作用在物体上的水压的力，当地基的大小相对于水的运动幅度足够大时，可以使用 r.该方法提出了一个更坚实的理论基础，其中包括衍射的影响。然而，拉赫曼指出，该表达式并不考虑t的性质的影响 他在结构上流动是波浪对结构施加的总水平力。阿比纳夫将Morison方程应用于细长结构，即当波的长度大于结构直径的5到10倍时(5D)；因此，效果衍射的S可忽略不计。莫里森方程的基本形式，用于通过粒子的速度和相对加速度计算波的力，从而影响a 反对结构元素。流体的诱导速度和加速度可以通过一阶线性波理论计算，并通过方程给出。其中Aw是波的振幅，是波的角频率，NW是波数，t是时间。 衍射理论和莫里森理论是扩展和正确的 我的形式，目的是得到更精确的模型。 例如，MacCamy和Fuchs的研究扩展了表面水的衍射模型，同时进行了研究 由Havelok进行的CH已应用于深水。2.2.2. 洋流施加的力在塔架上由洋流引起的拖曳力与水流速度的平方成正比，而拖曳力在结构的轴线上以法线方向作用 并且可以通过公式来计算。其中FD是施加在结构轴上的每正常单位长度的阻力，wa是海水的密度，Vc是电流的速度。2.3.重力载荷与WT的质量相对应的载荷包括三个主要元件，转子、贡舱和塔，每个元素都会在底座上产生法向力和动量。等式被用于获取载荷， 加入重力g对转子MR、塔MT和贡多拉镁质量的影响。2.4. 其他负荷 冰是寒冷气候下高结构的另一个重要的设计标准，其晶格结构特别容易受到冰的形成。该结构的阻力系数i 在积累的冰的存在下，N大大增加。 国际标准ISO12494提出了一种评估结构上的冰负荷的方法。 然而，对于管状塔，载荷不直接影响结构，而是积累在舱体上，导致结构承受额外的重量。 路斯采用7.5米高的晶格结构和127 m高晶格电视塔，比较两个结构上的冰质量，然后根据ISO12494方法计算它们上的冰质量。正如他的研究结果所表明的那样，冰的类是形成的 结构上的ED与标准中发表的ED相当，该方法是评估结构上的霜冻和冰负荷的有用工具。在设计时，WTTS通常考虑风荷载的影响，认为它是动态环境扰动的唯一来源。 然而，可能造成的损害 在设计中，即使在高风险地震活动地区，地震也一般不考虑。 鲍泽斯提出了考虑地震荷载的必要性，并将其应用于重新温度。使用开放视台开源软件平台，研究了由单烯腈基础和风、波和地震支持的海上WT的动态响应 并开发了该系统的三维有限模型。使用了在特定研究中已经发生的真实地震的加速图区域，获得的结果突出了重新设计WTTS的重要性，以避免在施加地震荷载时由扭转引起的倒塌。提出使用球形调谐阻尼器减少WTS在地震中的振动，设计了一个1/20尺度模型来研究结构振动，并得出动态响应可以减少超过 40%。分析了1.25MWWT的响应，特别关注了地震运动时土壤与结构的相互作用，强调了INCO的重要性 在分析WTS，特别是位于软土地区的WTS的动态响应时，研究了土壤相互作用的影响。 总之，这不是一个新的研究领域。 研究方面 由于这种现象的复杂性，地震载荷并不总是被包括在分析中。然而，由于能源需求的增加，在地震区域正在安装WT。应该的 因此，要明确的是，这种类型的载荷必须包括在计算中。概述了在塔的结构分析中最常用的载荷类型，其中风、波、洋流和结构的重量是最重要的经纪人。 有必要包括尽可能多的负载，以确定地预测WT的行为。 然而，随着模型变得更加详细，解决方案变得更加复杂 虽然这确实给WTTS的设计带来了更高的准确性和安全性的好处。3.风力涡轮机支架的类型3.1. 陆上风电机组基础陆上WT地基的设计已经研究了几十年，正在建立两种类型的设计，这主要取决于土壤的性质，如图所示。如果是土壤致密，采用重力地基，而较软的用桩加固，以防止结构倒塌。 然而，鉴于对WTS的需求继续增长 风力供应良好的地点越来越罕见，越来越高的风力技术正在开发，以开发低速地区的风力资源。此外，还有有意义的是 许多这些区域的地震活动需要重新考虑结构与土壤的相互作用的模式（土壤-结构-相互作用，或SSI）及其发现的设计 项目。第一次陆上SSI研究讨论了WTT地基在弹性土壤区中所经历的振动，并在Kausel的工作中对SSI随时间的发展进行了全面的回顾 。 沃尔夫提出的锥模型是一种简化的分析方法来模拟SSI的影响。 集总直径模型(LPM)是另一种简化的分析方法，即 浅基和桩基础时域可用有效的SSI计算。 鲍泽斯产生了第一批描述W的固有频率变化的研究之一 T安装在“表现良好”的土壤中。塔迪应用有限元耦合法和LPM研究了SSI对浅层土壤地基的WT的影响。安徒信股份股份有限公司使用LPM来展示SSI如何改变WT共振频率，这取决于土壤层的刚度和深度。圣坦杰罗调查了涡轮机塔的行为 在地震条件下，并受到风荷载的影响。虽然小桩的动态行为是众所周知的，但问题仍然是结果是否可以推广到多桩 网络，它被广泛用于陆上风力发电机组的建设。文献中发现的其他研究趋势与监测故障和涡轮机塔基础下沉有关。3.2.海上风力涡轮机的支架建造近海WTS的主要优点是风的湍流较少，风的存在具有较少的剪切效应，以及对噪音和视觉污染的民事投诉较少。海上水T建设的缺点之一是，由于需要支撑、基础和海上布线，成本是陆上水T的1.5-2倍。而在海上WT支持的标志类似于石油平台的设计，后者的设计原则不应直接应用于前者，要求实验研究是为了更新相应的建筑代码而进行。支撑物的类型是根据水的深度和土壤的性质来选择的。水的深度可以分为类主要使用单烯腈式的支持。此外，还为海上风力发电机组开发了不同类型的支撑设计。近年来，开发了新的原型，包括上述混合安排，这种新的混合支架由夹克和重力基座组成 这是一种配置，当存在不利的土壤性质时，它可以为结构提供稳定性。3.2.1.海底的性质虽然海底的性质因世界各地而异，但其性质包括两种主要的土壤类型，砂质和粘质。两者都沉积在海床上，形成了兰特河 不同厚度的OM层。 阿比纳夫描述了印度东海岸海底的特性，作为模拟单桩式支撑的参考。 适当的这种土壤的纽带，其中是指单位体积的重量，是内摩擦角，Su是不排水的抗剪能力。动态SSI模型主要分为三种类型，即等效线性弹簧模型、分布式非线性弹簧模型和连续单元模型。 相当于李 采用近弹簧模型，计算简单，计算时间短。 Adhikaria开发了一个由两个聚集质量组成的WT模型，该模型对应于WTT和Nacelle，其中 前者用垂直弹簧和振荡弹簧连接到地面。 Adhikaria发现，第一自然频率相对于低土壤刚度显著变化，表明土壤模量的降解是危险的，特别是在土壤很软的时候。上述模型由哈特公司进行了改进，他包括了地面和t线之间的粘性阻尼 在塔和吊舱之间，而Sapountzakis用相当于WTT的刚度连接弹簧，并用有限元方法建模。 作者发现stru 具有等效刚度的结构具有第一固有频率，比具有固定极限的结构的固有频率低。 一般来说，该模型对线性材料是有效的 用于均质土壤上。此外，该模型并不适用于具有单烯腈型支持的海上风力发电机组，因为它的非常薄。此外，应该注意的是，基岩必须是它的两倍 深桩的长度，以便应用这些方程。因此，当桩位于基岩附近时，这种设计是不可行的。而在这个模型中使用的许多方程式起源于石油工业，海上WT的性质与石油钻机的性质有很大的不同。因此，为了继续使用模型中的方程，推荐的方程并在代码中进行了修改，并基于实验数据进行了更新。分布非线性刚度模型的特征是土体与结构之间的非线性刚度分布，用载荷表征弹簧参数挠度曲线。 可以提供土壤数据的组织之一是美国石油研究所(API)，它提供各种类型的载荷挠度数据，如p-y曲线c 对应于横向阻力曲线，对应于垂直阻力的t-z曲线，对应于轴承阻力的Q-z曲线，其中p、t和Q是弹簧力。 有研究 利用该模型预测了近海WTS的动力学，其中Bosoi和Gerolymos的动力学是最值得注意的。 博索伊发现塔的位移大于 为等效弹簧模型提供了依据，该模型采用欧拉-伯努利梁单元，而弹簧的特征是曲线p-y、t-z和Q-z，以及气动和流体动力学 施加了c负荷。 Gerolymos采用平移弹簧和旋转弹簧，考虑了土-结构阻尼的影响，从而得到了均匀和Li的解析表达式 在土壤附近。 在对非线性和非均匀土壤进行研究的同时，Gerolymos发现它在考虑“位移量。虽然这种类型的SSI模型非常精确，但使用连续模型预测长期行为需要对这些模型进行高性能的计算。4. 对风力发电机塔进行分析的类型4.1. 力量分析塔架的最大电阻可通过静载荷计算方法确定，并基于塔架、转子和机舱的重量。此外，t底部的弯矩 由于施加在转子和塔上的空气动力推力，因此考虑了e塔可以承受的能力。卡尔帕特分段风荷载朝向塔，以有利于优化离子方法，而Hegseth证明了WTS中最极端的推力条件是在标称风速下达到最大转子转速时产生的。Axisa应用了IEC61400-2中规定的条件，从而证明了当转子的制动器啮合时和当极端风速时，最高的推力将发生 (Ve50)进行。 此外，伍德证明，随着旋转转子和切割速度，会产生类似大小的推力。塔内张力值将由结构重量和风对塔和转子施加的弯矩决定。 因此，最大张力将在 这个塔的底部。此外，由风荷载引起的弯矩在塔底也达到了其最大值。在塔楼的设计中是至关重要的。他的 对1.5MWWT的分析表明，当代设计，包括在塔底部使用40mm厚度的钢，确实满足最大应力的要求。其中Fg是WT的重量，Ab是塔的横截面的面积，M是弯矩，I是惯性矩，是中性轴的距离 在塔楼上。4.2. 偏度分析WTT被设计成能够承受系统中引起屈曲、偏转和振动的各种载荷。4.2.1. 由于风而引起的偏转度塔的挠度是由风和结构重量引起的横向荷载值决定的。 这些载荷将导致塔的位移，但这一变化将是av 通过将塔固定在底座的基础上。 然而，位移可能发生在塔顶，导致曲率。当挠度较小时，这种曲率效应将不会导致塔架断裂。但是，如果载荷条件超过了弹性极限，偏转可能会对结构造成更多的损伤材料。该载荷引起的挠度在方程中给出。 费利西亚诺开发了一个分析模型来计算以国家为特征的5MW WT的最大挠度 可再生能源实验室)。 所得结果表明，塔顶位移可达80cm。在1.2M的挠度分析中考虑了地震效应 WT，获得高达120厘米的位移。 这些数据对于通过倾覆或断裂预测可能的失效是非常关键的。其中FR是转子上的负载，L是塔的高度，E是该材料的弹性模量。在塔架长度上的风荷载为非均匀分布的荷载。与转子上的负载相比，其位移水平会降低。有些 为了简化计算，设计人员已经选择了将风的垂直剖面的负载线性化为平均均匀分布的负载，要以中的精度为代价设计。分布式线性荷载被转换为位于塔的重心处的点荷载FT。因此，用等式来给出了由于风荷载而引起的塔的位移。一旦确定了这两种位移，这些位移就会增加，它们的总价值必须低于塔长的2%，以防止地基和托韦的破坏。4.2.2. 屈曲性分析塔架的屈曲是由机舱和转子的质量引起的，特别是当在其重心处没有发现载荷时。为了避免这种现象的发生，这是有必要的 用以增加结构的刚度。因此，由一个圆柱形的薄截面塔可以承受的荷载，是由等式给出的。4.3. 疲劳强度分析法静态计算不足以确定塔的长期结构行为，因为这些静态钢结构的设计寿命超过100年。 是小鬼 为了避免塔内的结构失效，对疲劳进行了研究。 疲劳现象在结构设计中尤为重要，因为l的数量 在结构期间持续的OAD循环是有用的寿命是106个循环的顺序。这是许的表现，那里的动态结构已经设计了20多年，起到建筑结构规范。ISO2394材料的抗疲劳性能是根据其疲劳曲线，相对于引起b所需的载荷循环次数来确定的 材料的再泄漏，其值以方程估计。 由于湍流、周期性载荷和风向的变化等不同因素，WTT会发生疲劳。 对于这些因素，使用一系列等效力eq，包括 结构上的力之和，主要是由风和波浪的作用引起的。4.4. 振动和共振分析一个结构是根据对其固有频率的测试来设计的，并且它不符合其他引起共振的频率，如转子的旋转。实施的频率 对5MW海上WT进行了CY分析，发现振动模式的第一频率为0.290Hz，位于转子的旋转频率和TH的振动频率之间 e型发动机的叶片。金正日得出的结论是，虽然有广泛基础的WT也有相似的频率行为，但确实如此对每个特定结构进行振动研究是必要的。 艾哈迈德使用加速度计在NordexN43WT，发现更高的振动模式从0.701到17.96Hz的第一个的第八种模式。共振是一种由于风的性质或转子的旋转而往往会增加塔的运动幅度的效果。塔架中最重要的振动模式是：t 他的第一和第二模式和横向弯曲，因为这些最接近转子的振动模式和通过叶片的运动。 对于第一种模式，值 对于振动的固有频率，用方程计算。其中mT是结构总质量的值。 塔的振动固有频率的值不得与接近第一个自然频率的另一个频率重合 这可能会导致在结构中产生共振的使用量。例如，显示了一个5MW的圆锥形塔架的固有频率。在这个特殊的情况下，该塔的设计是为了确保其固有频率与叶片运动产生的其他固有频率以及转子和传动系的旋转保持距离。请参考：在过去五年中研究得最多的结构分析类型，其中最常见的研究主题涉及在不同振动模式下的表现 环境条件，以确定结构的动态行为。 第二个最常见的研究课题是研究塔上的挠度。 其他议题包括 结构共振和材料疲劳，其局限性涉及WT的电子仪器。 这种仪器需要大量的经济投资和高水平的投入 国家电力公司的电力，以及进入一个WT和一个风电场。最后一次提到的这个活动可能是一项困难的任务，有时是不可能完成的。5. 在塔架结构中应用的动力学分析技术5.1. 动态建模所有的结构动力学问题都可以根据运动方程来制定。一个WTT可以简化为一个管状锥形悬臂梁，转子和吊舱的总质量在顶部，一个类似于倒立摆的模型。自由度增加，系统更接近真实现象。 石原分析了400WWWT的固有频率，并确定了其阻尼 使用a的g比值采用计算机辅助气动和气动弹性技术(CAST)的有限元程序进行全动态仿真)。 该模型耦合了WTS的气动载荷和塔的弹性特性 位于WT顶部的叶片、轮毂和机舱的质量。并将结果与有限元模型进行了比较，由于e的影响，在第一个固有频率上有5%的误差 等价合物的力学性能。FEM-CAT模型后来被使用，他使用了弹性塔和一个带有管式塔的商业WT的刚性转子的简化模型。它的确是如此 发现该模型由于叶片偏航角的变化和振动模态中的修正因素，提供了气动阻尼的变化。 在CASTcod的优势中 e是，它没有使用动力学方程的模态覆盖解，例如WT的通用商业气动弹性编码。相反，它直接解决了a的运动方程 基于气动弹性计算过程的每一步任意力集。这对结构和结构本身产生的力有影响。此代码已被验证 通过现场测试方法进行的测试。利用单个自由度的简化模型来估计WT结构的固有频率的主要缺点是该结构的部分质量集中在t处他一直站在塔顶之上。在实践中，这种浓度比会导致模拟误差，而WT结构的行为则受到基础灵活性的影响。为了减少这些错误，梁开发了一个单一自由度的简单模型。其中，引入了集中弹簧模型，模拟了基础的弹性、等效弹性和质量 提出了属性。 刚度随塔高变化，从而获得了良好的结果相关性。5.2. 计算工具和计算工具计算模拟的发展使用有限元方法来获得WTS的结构响应。 使用这种方法的各种平台已经开发出来。 然而，并不是所有这些都是专门用于WTS分析的，因为这些都是用于各种结构的。 疲劳、空气动力学、结构和 涡轮率)代码是一种集成的气动弹性模拟器，能够预测两、三叶水平轴的的极限载荷和疲劳荷载。可以看到为WTS的结构分析开发的最流行的平台。 这个平台是由NREL开发的，提供了多个分析工具，现在将是m 被录取了。 首先，TurbSim提供了包含湍流结构的流动的数值模拟。 为了它的部分，AeroDyn是一个气动WT模量，它能够与FAST工具耦合，使WTS的气动弹性模拟具有水平轴。 最后，HydroDyn是一个水动力 将Dulus耦合到FAST软件中，从而促进了海洋WTS的水动力模拟。 HydroDyn适用于固定和浮动的海洋子结构。5.3. 实验研究完整WT的弹性塔、刚性转子和有限元模型已经在需要WTT电子仪器的研究中得到了实验验证。这有 “落后措施，如：成本高、需要实施控制，以及安装困难。石原使用主动质量阻尼器对2.4MW的水平轴WT进行了励磁测试识别第一和第二振动模式的结构参数。 他提出了一个经验公式，用于通过使用e来估计钢塔WTS的一模结构阻尼 引用测试数据。岑德巴德开发了一种便携式光学机械平台，用于测量塔的偏差，不需要修改涡轮机的结构，获得了最大的塔尖弯曲21厘米。 然而，由于这些结果必须首先与使用其他测量仪器获得的结果进行比较，因此这种测量方法的准确性尚待确定被确定。近年来，人们对更好地理解动态结构行为感兴趣，文献主要集中在固有频率、振型和阻尼关系上。 前派恩斯为了验证所提出的模型或更好地理解结构的行为，已经开发了。 这种实验还可以确定inva的模态参数 随时间变化的成熟线性系统，作为一种理解该现象的简单方法。对模态参数的理解可以服务于各种目标，包括结构修改、评估 对结构的完整性和可靠性，以及理论模型的更新。文献表明，实验研究主要进行规模。 开发了一个位于韩国的3MWWT的1：300比例模型。 刻度模型是用电子仪器测量的 倾斜计和加速度计，得到振动模式。 结果与有限元法比较，第一振型误差为3.2。 这些实验涉及低cos 模拟类似于实际操作条件的行为。 因此，可以将迄今获得的动态模型关联起来，并进行改进设计。总结了过去五年来用于创伤和传播肿瘤研究的所有动态分析技术的研究，其中指定了主要的研究类别。最多可为45个值。 这些研究的45%使用计算解来测试数学模型或实验结果；随后有36.36%的人开发了简单而复杂的数学模型，这有助于 发展中的获得结果的计算机程序越来越接近真实现象。 最后是实验分析，试图证实数学模型（18.19%）。 在这里 在AST类别中，（12.98%）出于成本原因进行了规模实验，5.21%在实际条件下进行了WTS操作实验。 由于费用支付困难，这些条件受到限制 被研究人员在进入风力发电场方面的骚扰。6. 几何优化和可持续材料大多数WTT是用钢或混凝土建造的，因为它们是高抗性的材料。 钢塔的主要类型是格子和管状，而混凝土塔则有钢增强 h、现场施工或以预制形式交付的塔楼。还有一些混合了钢和钢筋混凝土的混合解决方案。每种类型的设计都有 一系列的应用程序取决于它的高度。 表8列出了风塔的主要施工方案。 对在高海拔地区安装高容量的WTS有很大的需求 或者是在风速较
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