【摘 要】
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风力发电机在大型化、深远海的发展过程中,塔筒承受着复杂多样的载荷。在多重复杂载荷的作用下塔筒会产生损伤和振动,如不能及时进行损伤检测和振动控制易导致风机的结构破坏与倒塌。本文基于应变模态理论对塔筒根部疲劳裂纹和法兰处螺栓断裂进行损伤识别研究,并通过调谐质量阻尼器（TMD）和结构相互作用法对塔筒进行振动控制,为保障风机在服役期内安全高效运行奠定基础。本文主要研究内容如下:首先对塔筒进行结构分析和受力
【基金项目】
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山东省自然科学基金面上项目“基于应变模态的机械损伤诊断及疲劳寿命分析研究”
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风力发电机在大型化、深远海的发展过程中,塔筒承受着复杂多样的载荷。在多重复杂载荷的作用下塔筒会产生损伤和振动,如不能及时进行损伤检测和振动控制易导致风机的结构破坏与倒塌。本文基于应变模态理论对塔筒根部疲劳裂纹和法兰处螺栓断裂进行损伤识别研究,并通过调谐质量阻尼器（TMD）和结构相互作用法对塔筒进行振动控制,为保障风机在服役期内安全高效运行奠定基础。本文主要研究内容如下:首先对塔筒进行结构分析和受力分析,并基于风载荷理论通过Matlab编程和GH Bladed风机仿真获取风速时程;考虑风载获取和施加的便利性,基于GH Bladed计算得到16m/s湍流风载时程。其次运用Solid Works对风机进行简化建模,并导入Ansys Workbench中进行模态分析;发现风机数值模拟和理论解析计算得到的一阶固有频率相差很小,为0.472%,验证了所建风机模型的可靠性。然后基于应变模态理论对塔筒根部疲劳裂纹和法兰处螺栓断裂进行损伤识别研究,发现相比于固有频率和位移模态振型,应变模态振型对损伤有高敏感性;对两种损伤类型在测点优化的基础上分别建立应变相对偏差损伤识别指标和应变绝对偏差及其修正的损伤识别指标,进一步提高了对两种损伤类型的识别效果。最后结合瞬态动力学分析和基于GH Bladed获取的风载数据,验证了TMD对塔筒的振动控制效果,结果表明塔顶峰值位移、峰值加速度和峰值应力分别下降了23.20%、21.07%和38.51%;进一步提出了一种塔筒体内含柱体的结构相互作用塔筒振动控制新方法,并对各影响参数进行优化,结果表明塔筒峰值位移、峰值加速度和峰值应力分别减少了20.44%、20.77%和29.18%;应力的降低有利于减少根部疲劳裂纹和螺栓断裂等损伤的发生。
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