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风机混凝土塔筒力学性能及底部隔震研究

作　者: 安玉民
导　师: 凡友华
学　校: 哈尔滨工业大学
专　业: 力学
关键词: 超高混凝土塔筒 空腔周期结构 低频带隙 隔震
分类号: TU352.12
类　型: 硕士论文
年　份: 2012年
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内容摘要


目前兆瓦级风力发电机的塔架高度已接近甚至超过了百米，对这种超高塔架，混凝土塔筒相对钢制塔筒具有较优的经济性。超高混凝土塔筒必然会被越来越多的应用于大型风机的建造中。但当大型风机的高度达到百米的高度时，混凝土塔筒的承重和受载远非普通高度塔筒所能比，而目前对这种超高混凝土塔筒的力学分析还很少；此外近年来风机塔筒倒塌事故频发，一部分原因是地震作用，对这种超高混凝土塔筒来说，如何隔震显得尤为重要。本文针对以上两个问题，一方面用大型商用有限元软件ABAQUS对95m超高混凝土塔筒进行了静强度和模态分析，另一方面将周期性结构引入塔筒底部基座结构的设计，分析其隔震效果，具体结果如下：（1）在顺风向简化荷载作用下，预应力钢筋混凝土塔筒最大应力比另外两种塔筒增加了约14%，最大位移则比素混凝土塔筒减小了约30%；塔筒开有门洞后，在门洞周边出现了应力集中，第一塔节的最大应力增加了50%以上。（2）当风机工作时分析其是否会发生共振，三种混凝土塔筒的模态分析结果显示其固有频率均远离风机的工作振动频率。门洞的存在会改变塔筒的固有频率，但对塔筒整体模态影响较小。混凝土塔筒的基频范围为0.9-1.2Hz。（3）对传统二维三组元周期结构进行了改进，在原来的橡胶层设置了空腔，将新型的空腔周期结构引入塔筒底部基座结构的设计，得到了0.63-2.5Hz的第一带隙，将混凝土塔筒基频落在了其第一带隙范围内。发现对于空腔周期结构，当橡胶块的长宽比越大，散射体的填充率越大，第一带隙的起始频率越低；相对于对第一带隙起始频率的影响，散射体核心的边长对带隙终止频率影响更大；当要得到较宽的带隙时，需要减小橡胶块长宽比、增加填充率和增大散射体核心的尺寸。（4）有限周期数的塔筒底部基座空腔周期结构的频率响应分析显示，该结构对第一带隙频率内的振动有很好的消耗作用，显示了较优的隔震效果。

全文目录


摘要  4-5
Abstract  5-9
第1章 绪论  9-18
  1.1 课题背景及研究的目的与意义  9-10
    1.1.1 课题背景  9-10
    1.1.2 课题研究的目的及意义  10
  1.2 国内外研究现状及分析  10-17
    1.2.1 风力发电机混凝土塔筒的研究现状  11-14
    1.2.2 声子晶体的研究与发展  14-17
  1.3 本文的主要研究内容  17-18
第2章 基本理论基础  18-29
  2.1 引言  18
  2.2 混凝土塔筒简化的受力分析  18-20
  2.3 预应力混凝土塔筒的理论基础  20-23
    2.3.1 预应力混凝土的预应力简介  20-21
    2.3.2 预应力混凝土的预应力有限元模拟方法简介  21-23
  2.4 周期结构的理论基础  23-28
    2.4.1 周期性结构的周期性描述  23-26
    2.4.2 Bloch 原理  26-27
    2.4.3 周期性结构的能带结构计算  27-28
  2.5 本章小结  28-29
第3章 混凝土塔筒的静力学分析及模态分析  29-47
  3.1 引言  29
  3.2 超高混凝土塔筒的静力学分析  29-39
    3.2.1 超高混凝土塔筒的有限元模拟  29-32
    3.2.2 三种混凝土塔筒的静力学结果对比分析  32-36
    3.2.3 有门洞的混凝土塔筒静力学对比分析  36-39
  3.3 超高混凝土塔筒的模态分析  39-46
    3.3.1 三种混凝土塔筒的模态分析  40-43
    3.3.2 有门洞的混凝土塔筒模态分析  43-46
  3.4 本章小结  46-47
第4章 塔筒底部基座结构的隔震研究  47-66
  4.1 引言  47
  4.2 塔筒底部基座周期结构的带隙设计  47-54
    4.2.1 周期结构带隙计算的有效性验证  47-49
    4.2.2 塔筒底部基座二维三组元周期结构的带隙  49-52
    4.2.3 塔筒底部基座周期结构的尺寸对带隙的影响  52-54
  4.3 塔筒底部基座空腔二维三组元周期结构的带隙  54-61
    4.3.1 塔筒底部基座空腔周期结构的带隙计算及分析  54-58
    4.3.2 空腔周期结构的尺寸对带隙的影响  58-61
  4.4 有限尺寸塔筒底部基座的频率响应特性  61-65
  4.5 本章小结  65-66
结论  66-68
参考文献  68-74
致谢  74

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中图分类: > 工业技术 > 建筑科学 > 建筑结构 > 特种结构 > 抗震动结构、防灾结构 > 耐震、隔震、防爆结构 > 隔震结构
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