安世亞太風(fēng)電培訓(xùn)資料—風(fēng)機塔架的穩(wěn)定性計算

1、風(fēng)力發(fā)電機組塔架結(jié)構(gòu)的屈曲穩(wěn)定性分析王昱皓王昱皓 博士博士北區(qū)咨詢效勞部北區(qū)咨詢效勞部 經(jīng)理經(jīng)理安世亞太科技北京安世亞太科技北京2008 風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)有限元分析培訓(xùn)風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)有限元分析培訓(xùn)v 塔架屈曲穩(wěn)定性分析概述塔架屈曲穩(wěn)定性分析概述v 屈曲問題理論介紹及分析流程屈曲問題理論介紹及分析流程v 特征值屈曲分析的根本理論特征值屈曲分析的根本理論v 基于基于ANSYS的特征值屈曲分析流程的特征值屈曲分析流程v 塔架屈曲分析實例塔架屈曲分析實例v 塔架模型處理塔架模型處理v 有門框模型有門框模型/無門框模型無門框模型v 幾何模型簡化幾何模型簡化v 高質(zhì)量網(wǎng)格模型高質(zhì)量網(wǎng)格模型v 塔架邊界條件的處理

2、塔架邊界條件的處理v 位移邊界：位移約束方式定義位移邊界：位移約束方式定義v 力邊界：力的加載點及加載方式定義力邊界：力的加載點及加載方式定義v 塔架的特征值屈曲計算塔架的特征值屈曲計算v 結(jié)果后處理結(jié)果后處理v 塔架屈曲分析技術(shù)要點總結(jié)塔架屈曲分析技術(shù)要點總結(jié)內(nèi)容主題內(nèi)容主題2008 風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)有限元分析培訓(xùn)風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)有限元分析培訓(xùn)塔架失穩(wěn)概述塔架失穩(wěn)概述v 塔架失穩(wěn)是指當(dāng)塔架承受的載荷塔架失穩(wěn)是指當(dāng)塔架承受的載荷超過某一臨界值時突然失去原有超過某一臨界值時突然失去原有幾何形狀的現(xiàn)象。幾何形狀的現(xiàn)象。v 不同形式的塔架結(jié)構(gòu)以及不同形不同形式的塔架結(jié)構(gòu)以及不同形式的載荷所引起的失穩(wěn)后的幾何

3、式的載荷所引起的失穩(wěn)后的幾何形狀不同。形狀不同。v 研究塔架的穩(wěn)定性目的在于確定研究塔架的穩(wěn)定性目的在于確定塔架的臨界載荷及其相應(yīng)的失穩(wěn)塔架的臨界載荷及其相應(yīng)的失穩(wěn)模態(tài)，以改進(jìn)加強措施，提高結(jié)模態(tài)，以改進(jìn)加強措施，提高結(jié)構(gòu)的抗失穩(wěn)能力。構(gòu)的抗失穩(wěn)能力。2008 風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)有限元分析培訓(xùn)風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)有限元分析培訓(xùn)結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計算的方式結(jié)構(gòu)穩(wěn)定性計算的方式v 特征值屈曲特征值屈曲非保守非保守 解解, , 使用時應(yīng)謹(jǐn)慎使用時應(yīng)謹(jǐn)慎相對不費時相對不費時(快捷快捷)的分析。的分析。為了提供更真實的結(jié)果為了提供更真實的結(jié)果, 屈曲模態(tài)形狀可用作非線性屈曲分析的初始幾何缺陷。屈曲模態(tài)形狀可用作非線性屈曲分析

4、的初始幾何缺陷。根據(jù)根據(jù)DIN標(biāo)準(zhǔn)，采用此方法計算修正理想屈曲應(yīng)力是可以接受的。標(biāo)準(zhǔn)，采用此方法計算修正理想屈曲應(yīng)力是可以接受的。v 非線性屈曲非線性屈曲Fu理想載荷路徑理想載荷路徑有缺陷結(jié)構(gòu)的載荷路徑有缺陷結(jié)構(gòu)的載荷路徑 前屈曲前屈曲線性特征線性特征 值屈曲值屈曲非線性屈曲非線性屈曲2008 風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)有限元分析培訓(xùn)風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)有限元分析培訓(xùn)特征值屈曲理論特征值屈曲理論v 對于特征值屈曲分析，下面的特征值方法用來得到屈對于特征值屈曲分析，下面的特征值方法用來得到屈曲載荷乘子曲載荷乘子l li和屈曲模態(tài)和屈曲模態(tài)y yi:v 這個結(jié)論在分析計算中有的假設(shè)這個結(jié)論在分析計算中有的假設(shè): K和和

5、S 是常量是常量 假設(shè)為線彈性材料行為 應(yīng)用小變形理論，并且不包括非線性特性 基于載荷F的響應(yīng)是一個線性的關(guān)于li的函數(shù) 附加的約束條件附加的約束條件: 不允許非零位移約束或熱載荷2008 風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)有限元分析培訓(xùn)風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)有限元分析培訓(xùn)特征值屈曲的一般步驟特征值屈曲的一般步驟 幾何模型幾何模型 材料模型材料模型 有限元模型有限元模型建模建模預(yù)應(yīng)力靜預(yù)應(yīng)力靜力計算力計算特征值屈特征值屈曲計算曲計算結(jié)果后結(jié)果后處理處理 載荷因子載荷因子 屈曲模態(tài)屈曲模態(tài) DIN工程計算工程計算 位移邊界位移邊界 力邊界力邊界 預(yù)應(yīng)力選項預(yù)應(yīng)力選項 靜力計算靜力計算 特征值屈曲特征值屈曲 模態(tài)提取方法模態(tài)提取

6、方法 模態(tài)擴展模態(tài)擴展 特征值屈曲計算特征值屈曲計算2008 風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)有限元分析培訓(xùn)風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)有限元分析培訓(xùn)塔架屈曲分析應(yīng)用實例塔架屈曲分析應(yīng)用實例v 幾何模型幾何模型v從塔架總體模型中截取，門上高度為倍的塔架底面直徑從塔架總體模型中截取，門上高度為倍的塔架底面直徑v有門洞模型和無門洞模型，實體模型有門洞模型和無門洞模型，實體模型v 材料屬性材料屬性v假設(shè)為結(jié)構(gòu)鋼假設(shè)為結(jié)構(gòu)鋼v 網(wǎng)格模型網(wǎng)格模型v厚度方向厚度方向3層層v門洞附近在有無門洞情況下網(wǎng)格盡可能一致門洞附近在有無門洞情況下網(wǎng)格盡可能一致v 邊界條件參見邊界條件參見DINv底面全約束底面全約束v上端施加使得門洞受壓的單位彎矩上端施

7、加使得門洞受壓的單位彎矩v通過載荷傘或剛性域施加通過載荷傘或剛性域施加v特征值屈曲計算特征值屈曲計算v考慮預(yù)應(yīng)力靜力計算考慮預(yù)應(yīng)力靜力計算=特征值屈曲計算特征值屈曲計算v計算結(jié)果處理計算結(jié)果處理v基于兩種不同結(jié)構(gòu)形式所得的載荷因子之比參考?xì)W洲標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)設(shè)計基于兩種不同結(jié)構(gòu)形式所得的載荷因子之比參考?xì)W洲標(biāo)準(zhǔn)指導(dǎo)設(shè)計2008 風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)有限元分析培訓(xùn)風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)有限元分析培訓(xùn)v 計算域的截取計算域的截取工具工具: ANSYS WB/DM為保證網(wǎng)格在門洞附件一致，注意無為保證網(wǎng)格在門洞附件一致，注意無門洞模型在門洞位置處的處理門洞模型在門洞位置處的處理塔架屈曲分析應(yīng)用實例塔架屈曲分析應(yīng)用實例2008

8、 風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)有限元分析培訓(xùn)風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)有限元分析培訓(xùn)塔架屈曲分析應(yīng)用實例塔架屈曲分析應(yīng)用實例v 網(wǎng)格模型網(wǎng)格模型Solid186單元，高階單元單元，高階單元掃略網(wǎng)格，全六面體掃略網(wǎng)格，全六面體厚度方向厚度方向3層層有門洞和無門洞網(wǎng)格盡可能一致有門洞和無門洞網(wǎng)格盡可能一致2008 風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)有限元分析培訓(xùn)風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)有限元分析培訓(xùn)塔架屈曲分析應(yīng)用實例塔架屈曲分析應(yīng)用實例v 邊界條件邊界條件 底部全約束底部全約束 頂部施加門洞受壓的單位彎矩頂部施加門洞受壓的單位彎矩基于工程經(jīng)驗，該情況下對于塔架最危險，應(yīng)力集中效果最大 注意：坐標(biāo)系注意：坐標(biāo)系2008 風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)有限元分析培訓(xùn)風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)有限元分析培訓(xùn)塔架屈曲分析應(yīng)用實例塔架屈曲分析應(yīng)用實例v 求解設(shè)置及提交計算求解設(shè)置及提交計算 特征值屈曲分析特征值屈曲分析 預(yù)應(yīng)力選項設(shè)置2008 風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)有限元分析培訓(xùn)風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)有限元分析培訓(xùn)塔架屈曲分析應(yīng)用實例塔架屈曲分析應(yīng)用實例v 結(jié)果后處理結(jié)果后處理2008 風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)有限元分析培訓(xùn)風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)有限元分析培訓(xùn)塔架屈曲分析應(yīng)用實例塔架屈曲分析應(yīng)用實例Demo2008 風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)有限元分析培訓(xùn)風(fēng)電機組結(jié)構(gòu)有限元分析培訓(xùn)塔架屈曲穩(wěn)定性分析技術(shù)要點小結(jié)塔架屈曲穩(wěn)定性分析技術(shù)要點小結(jié)v 選取適宜的計算域選取適宜的計算域