基于子结构的风力发电高塔系统的动力特性分析

刘朋　尹进　张盛　陈飙松

摘要： 采用子结构模态综合（Component Mode Synthesis，CMS）法和频响综合（Frequency response function-Based Substructure，FBS）法分析大型高耸装配结构风力发电高塔系统动力特性.通过子结构模态或频率响应函数（Frequency Response Function，FRF）信息综合成整体的模态或FRF信息，在保证整体分析精度的条件下提高计算效率，同时解决风电塔系统模态和FRF信息不易获得的问题.建立风电塔系统各个子结构的有限元模型和整体模型，分别使用MSC Nastran和LMS Virtual.Lab对各个子结构进行模态综合和频响综合分析，并将综合的结果与整体建模计算的结果进行对比，验证采用子结构CMS法和FBS法分析风力发电高塔系统的可行性和正确性.

关键词： 风电塔； 子结构； 动力特性； 分析精度； 计算效率； 数值模型； 模态综合； 频响综合

中图分类号： TK83文献标志码： B

Abstract： The dynamic property of large-scale assembly structure wind turbine tower system is analyzed by the Component Mode Synthesis（CMS） method and Frequency response function-Based Substructure（FBS） method. The modes or the Frequency Response Function（FRF） of substructure are synthesized into the integral mode or FRF， which can not only ensure the whole analysis accuracy and improve the calculation efficiency， but also solve the problem of obtaining integral mode or FRF of wind turbine tower system. The finite element models and the integral models are built for the substructures. MSC Nastran and LMS Virtual.Lab are separately used to analyze the modal synthesis and frequency response. The results are compared with that obtained by the integral model， which verifies that the feasibility and correctness of CMS method and FBS method for wind turbine tower system.

Key words： wind turbine tower； substructure； dynamic property； analysis accuracy； computational efficiency； numerical model； modal synthesis； frequency response synthesis

0引言

风力发电高塔系统的主要载荷为风载、波浪载荷和地震载荷等，这些都属于不确定载荷.在这些载荷作用下，结构很容易发生共振破坏，故风电高塔整体模态或频响信息的准确获得尤为重要.由于风力发电高塔属于大型高耸结构，其整体模态信息和频响信息往往不易获得.这个问题可以采用子结构方法，由试验或数值模拟获得各个子结构的模态信息或频响信息，然后通过模态综合或频响综合获得整体结构的模态信息或频响信息.这样不仅可大大提高计算效率，而且方便多部门分工合作与子结构的模型修正，并可解决风力发电高塔模态信息和频响信息不易获得的问题.

子结构方法……