CN107145632A - 一种锥形塔筒预应力模态计算方法 - Google Patents

一种锥形塔筒预应力模态计算方法 Download PDF

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齐涛
苏凤宇
董姝言
晁贯良
何海建
杨扬
程林志
杨海锋
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STATE GRID XINYUAN ZHANGJIAKOU SCENERY STORAGE DEMONSTRATION POWER PLANT CO Ltd
State Grid Corp of China SGCC
Xuji Group Co Ltd
Xuchang Xuji Wind Power Technology Co Ltd
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STATE GRID XINYUAN ZHANGJIAKOU SCENERY STORAGE DEMONSTRATION POWER PLANT CO Ltd
State Grid Corp of China SGCC
Xuji Group Co Ltd
Xuchang Xuji Wind Power Technology Co Ltd
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Abstract

本发明提供一种锥形塔筒预应力模态计算方法，包括如下步骤：建立锥形塔筒的几何模型，包括塔筒筒节、塔筒法兰和地基；根据锥形塔筒的几何参数，建立其有限元模型；设置锥形塔筒有限元模型中各筒节之间的连接关系和部件属性；对锥形塔筒的有限元模型施加预应力载荷，进行静力学计算；对锥形塔筒的有限元模型进行模态计算，得到锥形塔筒在不同预应力下的模态计算结果。本发明提供的技术方案，在建立塔筒的有限元模型时，考虑到了塔筒法兰对其造成的影响，减小了塔筒有限元模型刚度与实际刚度之间的差异，使其计算结果更接近于实际情况，从而减少对塔筒模态计算的误差。

Description

一种锥形塔筒预应力模态计算方法
技术领域
本发明属于风力发电技术领域，具体涉及一种锥形塔筒预应力模态计算方法。
背景技术
塔筒是风力发电系统中非常重要的设备，大都采用钢质锥形结构。在对风机进行吊装时，往往会由于天气等因素，在还未吊装机舱时就停止了吊装作业。根据相关标准的规定，风机的塔筒不允许在未吊装机舱的状态下停放太长的时间。现场吊装的工作人员往往都是根据经验使用吊车对塔筒进行拉索作业，但是需要对塔筒进行模态计算，对这种作业方式对塔筒造成的影响进行评定。
对塔筒进行模态计算时，最常用的方法是有限元分析法。但是在采用有限元分析法对塔筒进行模态分析时，建立的塔筒有限元模型比较简单，没有考虑塔筒法兰、内附件的质量和地基刚度造成的影响，这使得塔筒有限元模型的刚度与其实际刚度之间存在较大的差异，所以计算的结果与实际情况之间存在较大误差，不能反映塔筒的真实情况，计算结果也不能有效的指导工程应用。
发明内容
本发明的目的在于提供一种锥形塔筒预应力模态计算方法，用于解决现有技术中在对塔筒进行模态计算时误差较大的问题。
为实现上述目的，本发明提供的技术方案是：
一种锥形塔筒预应力模态计算方法，包括如下步骤：
(1)建立锥形塔筒的几何模型，包括塔筒筒节、塔筒法兰和地基；
(2)根据锥形塔筒的几何参数，建立其有限元模型；
(3)设置锥形塔筒有限元模型中各筒节之间的连接关系和部件属性；
(4)对锥形塔筒的有限元模型施加预应力载荷，进行静力学计算；
(5)对锥形塔筒的有限元模型进行模态计算，得到锥形塔筒在不同预应力下的模态计算结果。
进一步的，所述锥形塔筒的有限元模型中，锥形塔筒采用梁单元建模。
进一步的，所述锥形塔筒的有限元模型包括内附件的质量，内附件的质量通过设置塔筒材料的密度添加。
进一步的，所述锥形塔筒的有限元模型中，各筒节之间、各筒节与塔筒法兰之间的连接通过共节点处理。
进一步的，所述锥形塔筒的有限元模型中，地基采用Combine14单元模拟，通过设置关键字设置地基的刚度。
进一步的，所述锥形塔筒的有限元模型还设有边界约束条件，边界约束条件为地基全约束。
进一步的，所述预应力载荷施加在锥形塔筒有限元模型的塔顶节点处，方向竖直向上。
本发明的有益效果是：本发明提供的技术方案，在建立塔筒的有限元模型时，考虑到了塔筒法兰对其造成的影响，减小了塔筒有限元模型刚度与实际刚度之间的差异，使其计算结果更接近于实际情况，从而减少对塔筒模态计算的误差。
附图说明
图1为实施例中锥形塔筒预应力模态计算方法的流程图；
图2为实施例中锥形塔筒的有限元模型；
其中1为塔筒筒节，2为塔筒法兰，3为地基。
具体实施方式
本发明的目的在于提供一种锥形塔筒预应力模态计算方法，用于解决现有技术中在对塔筒进行模态计算时误差较大的问题。
为实现上述目的，本发明提供一种锥形塔筒预应力模态计算方法，包括如下步骤：
(1)建立锥形塔筒的几何模型，包括塔筒筒节、塔筒法兰和地基；
(2)根据锥形塔筒的几何参数，建立其有限元模型；
(3)设置锥形塔筒有限元模型中各筒节之间的连接关系和部件属性；
(4)对锥形塔筒的有限元模型施加预应力载荷，进行静力学计算；
(5)对锥形塔筒的有限元模型进行模态计算，得到锥形塔筒在不同预应力下的模态计算结果。
下面结合附图对本发明的实施方式作进一步说明。
本实施例提供一种锥形塔筒预应力模态计算方法，用于对锥形塔筒进行模态计算，具体流程如图1所示，步骤如下：
(1)使用CAD软件建立锥形塔筒的几何模型，其中包括塔筒塔节、塔筒法兰和地基；
(2)将锥形塔筒的几何模型导入有限元软件，根据锥形塔筒的几何参数，建立锥形塔筒的有限元模型，如图2所示，在本实施例中，有限元软件采用Ansys软件；
(3)设置锥形塔筒有限元模型中各筒节之间的连接关系和各部件的属性；
锥形塔筒采用梁单元建模，各筒节之间通过共节点连接；考虑到塔筒法兰、内附件的质量和地基刚度的影响，在塔筒的有限元模型中，通过调整塔筒材料的密度添加内附件的质量；各筒节之间、筒节与塔筒法兰之间的连接通过共节点进行处理；地基使用Combine14单元模拟，通过设置关键字设置地基刚度；对锥形塔筒有限元模型的施加地基全约束，作为其边界约束条件；
(4)对锥形塔筒的有限元模型施加预应力载荷，进行静力学计算；
在锥形塔筒有限元模型的塔顶节点处施加预应力载荷，方向竖直向上，采用有限元分析软件中的静力学计算模块对锥形塔筒的有限元模型进行静力学计算；
(5)在对锥形塔筒有限元模型静力学计算的基础上，采用有限元分析软件中的模态计算模块进行模态计算，得到锥形塔筒在不同预应力水平下的模态计算结果，即得到锥形塔筒的各阶模态频率和模态振型，并根据锥形塔筒在不同预应力下的模态计算结果进行涡激计算。
本实施例中的静力学计算模块和模态计算模块都是有限元软件Ansys中的功能模块，如果采用其他的有限元分析软件，采用具有相同功能的模块即可。

Claims (7)

1.一种锥形塔筒预应力模态计算方法，其特征在于，包括如下步骤：
(1)建立锥形塔筒的几何模型，包括塔筒筒节、塔筒法兰和地基；
(2)根据锥形塔筒的几何参数，建立其有限元模型；
(3)设置锥形塔筒有限元模型中各筒节之间的连接关系和部件属性；
(4)对锥形塔筒的有限元模型施加预应力载荷，进行静力学计算；
(5)对锥形塔筒的有限元模型进行模态计算，得到锥形塔筒在不同预应力下的模态计算结果。
2.根据权利要求1所述的一种锥形塔筒预应力模态计算方法，其特征在于，所述锥形塔筒的有限元模型中，锥形塔筒采用梁单元建模。
3.根据权利要求1所述的一种锥形塔筒预应力模态计算方法，其特征在于，所述锥形塔筒的有限元模型包括内附件的质量，内附件的质量通过设置塔筒材料的密度添加。
4.根据权利要求1所述的一种锥形塔筒预应力模态计算方法，其特征在于，所述锥形塔筒的有限元模型中，各筒节之间、各筒节与塔筒法兰之间的连接通过共节点处理。
5.根据权利要求1所述的一种锥形塔筒预应力模态计算方法，其特征在于，所述锥形塔筒的有限元模型中，地基采用Combine14单元模拟，通过设置关键字设置地基的刚度。
6.根据权利要求1所述的一种锥形塔筒预应力模态计算方法，其特征在于，所述锥形塔筒的有限元模型还设有边界约束条件，边界约束条件为地基全约束。
7.根据权利要求1所述的一种锥形塔筒预应力模态计算方法，其特征在于，所述预应力载荷施加在锥形塔筒有限元模型的塔顶节点处，方向竖直向上。
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