暴风雨作用下大功率风力机的随机振动及倒塌机理研究

风电资源开发具有广阔前景，然而作为一种新型特种结构，大功率风力机的结构设计规范还很不健全。针对当前风力机倒塌破坏事故日益增多的现状，将刚-柔多体系统动力学的建模理论拓展到风力机工程领域，探索风力机的刚-柔多体系统建模方法及高效稳定数值算法，掌握大功率风力机的动力特性。开展风力机的气弹模型风洞试验，研究暴风雨作用下风力机的荷载模式和作用机制。针对大功率风力机的强非线性特点，开发随机荷载作用下振动响应的随机等效线性化分析方法；建立风力机塔筒在强暴风雨荷载下的动力失效准则，结合风力机典型案例调查和实测验证，阐明风力机的破坏和倒塌机理；寻求有效的风力机塔筒优化方案和抗倒塌措施。研究成果在风力机刚-柔多体系统分析方法、非线性结构的随机振动响应分析方法、极端荷载下风力机的破坏倒塌机理等方面具有一定的创新性。对于逐步完善我国风力机结构分析方法，提高我国风电行业技术水平具有重要意义。

风电资源开发具有广阔前景，作为一种新型结构，风力发电机塔筒在风荷载下的振动响应受到关注。基于刚-柔多体系统理论，建立大功率风机塔筒的动力分析模型，掌握其动力特性变化规律；基于Davenport谱和台风风谱分别模拟良态风和台风风速时程，采用叶素动量理论进行风机叶片荷载模拟，采用M-P雨滴谱进行雨荷载模拟，建立风机塔筒在强暴风雨下的荷载组合、动力响应计算方法及失效准则，阐明风机塔筒破坏机理；针对索塔型风力发电机，对比分析了其风振特点，提出基于随机平均法和动态规划原理的最优控制策略和求解方法；开展了海上单桩、三桩和群桩风电基础结构优化和疲劳评价；通过风机振动监测对数值计算模型进行了验证。研究成果在暴风雨作用下的风振分析、倒塌机理等方面具有创新性，对于提高我国风电结构技术水平具有积极意义。