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主管单位 中华人民共和国
工业和信息化部
主办单位 哈尔滨工业大学 主编 李隆球 国际刊号ISSN 0367-6234 国内刊号CN 23-1235/T

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引用本文:双妙,宋波.风荷载的非高斯性对风机结构疲劳损伤的影响[J].哈尔滨工业大学学报,2017,49(12):152.DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.201704091
SHUANG Miao,SONG Bo.Influence of non-Gaussian characteristics of wind load on fatigue damage of wind turbine[J].Journal of Harbin Institute of Technology,2017,49(12):152.DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.201704091
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风荷载的非高斯性对风机结构疲劳损伤的影响
双妙1,2,宋波1,2
(1.北京科技大学 土木与资源工程学院,北京 100083; 2.北京科技大学 强震区轨道交通工程抗震研究北京市国际科技合作基地,北京 100083)
摘要:
为分析非高斯风荷载作用下风机结构的疲劳寿命,在穿越模型基础上,根据Monte Carlo模拟生成某典型风机正常风速条件下,高斯、非高斯硬化和软化3种风场的风速时程,用于分析风场的非高斯性对风机结构疲劳损伤的影响.由叶片的气动模型和多体动力,计算出风机的动力响应,并对响应的时域特性进行分析.基于线性损伤累积和线性裂纹扩展理论,对裂纹形成寿命和裂纹扩展寿命进行详细讨论.结果表明:不同概率特性风场作用下风机动力响应的最大值有所不同,且风机响应的非高斯性较风场的非高斯性减弱; 在年平均风速较小地区,风场的非高斯性对风机疲劳寿命影响较小;但随着年平均风速的增大,非高斯性对疲劳寿命的影响显著增大,当年平均风速为7 m/s和9 m/s时,相较于高斯风场,软化过程的裂纹形成寿命减小约10%.因此,在年平均风速较大地区,需要考虑风场的软化特性对风机结构疲劳损伤的影响.
关键词:  非高斯风场  风场模拟  穿越模型  风致疲劳  风机
DOI:10.11918/j.issn.0367-6234.201704091
分类号:TU311
文献标识码:A
基金项目:国家自然科学基金(51178045);北京科技大学与台北科技大学专题联合研究计划(TW201601);高校2016年度引智项目(110000201420160126)
Influence of non-Gaussian characteristics of wind load on fatigue damage of wind turbine
SHUANG Miao1,2,SONG Bo1,2
(1.School of Civil and Resource Engineering, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China; 2.Beijing International Cooperation Base for Science and Technology-Aseismic Research of the Rail Transit Engineering in the Strong Motion Area, University of Science and Technology Beijing, Beijing 100083, China)
Abstract:
Based on translation models, both Gaussian and non-Gaussian wind fields were generated using Monte Carlo simulation for investigating the influence of non-Gaussian characteristics of wind load on fatigue damage of wind turbine. With the blade aerodynamic model and multi-body dynamics, dynamic responses were calculated, and probability characteristics of the response were analyzed. Using linear damage accumulation theory and linear crack propagation theory, crack initiation life and crack propagation life were discussed in detail. The results show that the maximum responses under three types of wind fields are different, and non-Gaussian characteristics of wind load are more significant than those of the response. For areas with smaller annual mean wind speeds, non-Gaussian characteristics of wind load have less influence on fatigue life of wind turbine, but the influence becomes significant with the increase of the annual mean wind speed. When the annual mean wind speeds are 7 m/s and 9 m/s, the crack initiation lives under softening non-Gaussian wind decrease by 10% compared with Gaussian wind fields. It concludes that the influence of softening non-Gaussian characteristics should be considered for areas with higher annual mean wind speeds.
Key words:  non-Gaussian wind  wind field simulation  translation model  wind-induced fatigue  wind turbine

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