5MW风力机地震工况塔架动力学响应研究 被引量：12

1

作者 杨阳 李春 袁全勇 《动力工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2017年第11期938-944,共7页

基于FAST开源软件和Wolf土-构耦合(SSI)模型建立了风力机地震工况动力学仿真模型,并计算了5种不同平均风速的气动载荷与101种不同强度的地震载荷联合作用下风力机的动力学响应.结果表明:在额定风速下,气动载荷与地震载荷之间为非线性耦... 基于FAST开源软件和Wolf土-构耦合(SSI)模型建立了风力机地震工况动力学仿真模型,并计算了5种不同平均风速的气动载荷与101种不同强度的地震载荷联合作用下风力机的动力学响应.结果表明:在额定风速下,气动载荷与地震载荷之间为非线性耦合,评估风力机地震动力学响应时,必须充分考虑风-震耦合效应;风速相同时,塔基最大弯矩先保持不变,再以线性增长的趋势变化;在低强度地震时,塔架不同高度处的最大弯矩与塔架高度之间为线性关系;随着地震强度的逐渐增大,塔架最大弯矩与塔架高度之间的关系逐渐变为非线性,且额定风速下塔架最大弯矩最大. 展开更多

关键词 风力机 地震载荷 动力学响应 架结构强度

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基于Hurst指数的风速时间序列研究 被引量：7

2

作者 袁全勇 杨阳 +2 位作者 李春 阚威 叶柯华 《应用数学和力学》 CSCD 北大核心 2018年第7期798-810,共13页

为研究风速时间序列的长程相关性和自相似性,采用重标度极差分析和去趋势波动分析对风速时间序列进行相关性分析,计算风速时间序列的Hurst指数,并对其进行了功率谱密度分析,计算其谱指数.结果表明,两种方法计算所得Hurst指数都较为接近1... 为研究风速时间序列的长程相关性和自相似性,采用重标度极差分析和去趋势波动分析对风速时间序列进行相关性分析,计算风速时间序列的Hurst指数,并对其进行了功率谱密度分析,计算其谱指数.结果表明,两种方法计算所得Hurst指数都较为接近1,说明风速时间序列具有显著的自相似性和长程正相关性;但R/S分析及DFA所得Hurst指数有所差异,这一差异说明DFA可体现出非平稳风速时间序列的幂率特征.此外,对风速时间序列Hurst指数及谱指数的分析还表明了风速波动具有"1/f噪声"特征.为风速分形混沌特性研究及风速短时预测等提供了理论依据. 展开更多

关键词 风速时间序列 去趋势波动分析 重标度极差 HURST指数 谱分析

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基于分形学的湍流风谱特性对比研究 被引量：7

3

作者 袁全勇 李春 +1 位作者 杨阳 丁勤卫 《热能动力工程》 CAS CSCD 北大核心 2017年第5期118-124,共7页

为定量描述湍流风场和解决湍流风谱模型选择时存在盲目性和不准确性等问题,基于多种湍流风谱模型并考虑湍流强度、地表粗糙度及空间高度的影响,生成不同程度的风速时间序列曲线。基于图像识别技术和计盒维数法对各条件下风速曲线分形维... 为定量描述湍流风场和解决湍流风谱模型选择时存在盲目性和不准确性等问题,基于多种湍流风谱模型并考虑湍流强度、地表粗糙度及空间高度的影响,生成不同程度的风速时间序列曲线。基于图像识别技术和计盒维数法对各条件下风速曲线分形维数进行计算。结果表明:不同湍流风谱模型具有不同的分形特性;湍流风分形特性受湍流强度和地表粗糙度影响;相同地貌特征和气候条件下,不同高度处风速时间序列数据具有不同的分形维数。 展开更多

关键词 湍流风谱 图像识别 计盒维数法 分形维数

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地震作用下风力机时频域动态响应特性分析 被引量：6

4

作者 杨阳 李春 +1 位作者 袁全勇 张万福 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2017年第18期245-251,共7页

为研究地震载荷对大型风力机结构动力学响应的影响,基于Wolf方法建立风力机基础与土地的耦合模型,在FAST软件中仿真了NREL 5 MW风力机开机启动、正常运行、偏航和紧急停机等工况下的结构动力学响应。针对风力机气动弹性响应在地震和湍... 为研究地震载荷对大型风力机结构动力学响应的影响,基于Wolf方法建立风力机基础与土地的耦合模型,在FAST软件中仿真了NREL 5 MW风力机开机启动、正常运行、偏航和紧急停机等工况下的结构动力学响应。针对风力机气动弹性响应在地震和湍流风联合作用时典型的非线性和非平稳特点,通过希尔伯特-黄变换(Hilbert-Huang Transform)分析风力机塔顶位移时频域响应特性。结果表明:地震载荷对塔顶位移的影响不可忽略,尤其是对侧向位移的影响,同时地震载荷是塔顶振动的主要激励,气动载荷影响几乎可以忽略;塔架一阶固有频率为塔顶振动特征频率,地震载荷明显增大固有频率响应幅值,且增大了其二倍频处的响应,塔架结构抗震设计时应考虑这一现象。 展开更多

关键词 风力机 动力学响应 地震载荷 希尔伯特-黄变换

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风速时间序列非线性特征分析 被引量：6

5

作者 袁全勇 李春 +1 位作者 杨阳 叶柯华 《热能动力工程》 CAS CSCD 北大核心 2018年第8期135-143,共9页

针对时间序列风速确定性与随机性相结合的复杂非线性特征,基于相空间重构理论和最大Lyapunov指数对其进行混沌与分形特征分析。首先,以经典Lorenz混沌系统及非混沌完全随机白噪声时间序列为验证算例,通过相空间重构和最大Lyapunov指数... 针对时间序列风速确定性与随机性相结合的复杂非线性特征,基于相空间重构理论和最大Lyapunov指数对其进行混沌与分形特征分析。首先,以经典Lorenz混沌系统及非混沌完全随机白噪声时间序列为验证算例,通过相空间重构和最大Lyapunov指数法判断以上2种非线性时间序列的混沌特征,分别从定性和定量的角度验证了所提方法的可行性;其次,对美国风能研究中心实测风速数据进行相空间重构,计算其最大Lyapunov指数并估算其可预测时间,最后采用G-P算法分析了实测风速时间序列的饱和关联维数。结果表明：相空间重构理论及最大Lyapunov指数法均可作为判断混沌特征的重要方法,时间序列风速具有明显的混沌分形特征及短期可预测性。 展开更多

关键词 时间序列 风速 混沌与分形 相空间重构 最大LYAPUNOV指数 关联维数

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基于分形学的轴承故障诊断分析 被引量：5

6

作者 李洋 李春 +1 位作者 杨阳 袁全勇 《热能动力工程》 CAS CSCD 北大核心 2017年第12期73-77,共5页

为识别轴承的工作状态及故障类型,针对非线性振动信号,基于分形盒维数与小波降噪方法,计算了轴承正常状态及不同故障状态的振动信号盒维数。结果表明:轴承的故障类型不同,其振动信号盒维数亦不同,正常状态盒维数最大,内环故障盒维数最小... 为识别轴承的工作状态及故障类型,针对非线性振动信号,基于分形盒维数与小波降噪方法,计算了轴承正常状态及不同故障状态的振动信号盒维数。结果表明:轴承的故障类型不同,其振动信号盒维数亦不同,正常状态盒维数最大,内环故障盒维数最小,其值分别为1.6和1.4。因此,根据盒维数能定量识别轴承故障状态与故障位置,本研究可为轴承状态监测和故障诊断提供理论依据。 展开更多

关键词 分形 盒维数 故障诊断 小波降噪 轴承

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湍流风分形特性对比研究 被引量：5

7

作者 袁全勇 李春 +1 位作者 杨阳 张俊伟 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第7期2027-2035,共9页

基于多种湍流风谱模型并考虑湍流强度、地表粗糙度及空间高度对湍流风的影响,获取各种环境条件下的湍流风风速时间序列数据并生成相应的时域风速曲线。应用图像识别技术和盒子计数法,对各风速曲线分形维数进行计算与分析。结果可揭示湍... 基于多种湍流风谱模型并考虑湍流强度、地表粗糙度及空间高度对湍流风的影响,获取各种环境条件下的湍流风风速时间序列数据并生成相应的时域风速曲线。应用图像识别技术和盒子计数法,对各风速曲线分形维数进行计算与分析。结果可揭示湍流风风速时间序列的分形特性,且研究了湍流强度、地表粗糙度及空间高度对湍流风分形维数产生的影响,可为湍流风的分析及湍流风谱的准确选择提供一种新思路。 展开更多

关键词 湍流风 图像识别 盒子计数法 分形维数

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风力机地震诱导机舱振动非线性特性分析 被引量：5

8

作者 刘中胜 杨阳 +2 位作者 李春 邹锦华 袁全勇 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2018年第23期190-196,233,共8页

基于开源软件FAST和Wolf土-构耦合模型,通过自编程开发了风力机地震动力学仿真模块,与文献提出的Seismic工具进行比较,验证了所建立的风力机地震动力学仿真模型的可靠性。在此基础上,计算了5种地震运动下三台不同功率的风力机地震动力... 基于开源软件FAST和Wolf土-构耦合模型,通过自编程开发了风力机地震动力学仿真模块,与文献提出的Seismic工具进行比较,验证了所建立的风力机地震动力学仿真模型的可靠性。在此基础上,计算了5种地震运动下三台不同功率的风力机地震动力学响应,并基于分形和混沌理论分析了地震诱导振动特性。结果表明:地震诱导振动具有明显的非平稳特征,且大型风力机必须考虑风-震耦合效应;地震诱导振动时程曲线分形维数介于1. 6～1. 8,表现较高的自相似性和长程相关性;对于风-震耦合效应较弱的小型风力机,振动曲线分形维数与地震强度之间具有较高的关联性;地震诱导振动表现为明显的混沌特征,为非周期性和非完全随机的非平稳振动过程;风-震耦合效应较强的风力机,地震诱导振动时程曲线最大Lyapunov指数与地震强度之间存在较大的相关性,且风-震耦合效应越强,振动可预测时长越短,振动不稳定性越强。 展开更多

关键词 风力机 地震 非线性振动 分形 混沌

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大型风力机地震动力响应研究 被引量：5

9

作者 杨阳 李春 袁全勇 《热能动力工程》 CAS CSCD 北大核心 2017年第5期105-110,共6页

为研究地震载荷与风载荷联合作用下的大型风力机结构动力学响应,本文研究分别以Wind PACT 1.5 MW和NREL 5 MW风力机为研究对象,采用EI Centro 6.9级地震为输入激励,通过改进版的开源软件FAST(风电载荷仿真软件)计算风力机在正常运行、... 为研究地震载荷与风载荷联合作用下的大型风力机结构动力学响应,本文研究分别以Wind PACT 1.5 MW和NREL 5 MW风力机为研究对象,采用EI Centro 6.9级地震为输入激励,通过改进版的开源软件FAST(风电载荷仿真软件)计算风力机在正常运行、紧急停机和一直停机3种运行方式下的塔顶振动和塔架结构荷载情况,结果表明:地震载荷极大加剧了塔顶振动,机舱加速度峰值增大2倍以上。紧急停机操作可减小塔尖位移,一定程度上可以保护风力机结构安全。地震载荷主要增大了塔架一阶固有频率及其二倍频的振动。6.9级地震与额定风载荷联合作用下,NREL 5MW风力机塔基弯矩设计需求为159 MN·m,略大于极限风载荷作用。说明地震常发地区,塔架结构强度设计必须考虑地震载荷作用。 展开更多

关键词 风力机 地震载荷 激振频率 塔架结构强度

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湍流风与地震联合作用下风力机塔架振动非线性特征研究 被引量：4

10

作者 邹锦华 杨阳 +2 位作者 李春 刘中胜 袁全勇 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2019年第7期57-64,共8页

为研究湍流风与地震联合作用下大型风力机塔架动力学响应非线性特性,以NREL 5 MW风力机为研究对象,基于模态截断法建立塔架模型,在考虑土体-结构耦合的基础上,通过开源软件FAST预留接口开发地震载荷计算模块。基于标准地震反应谱获得15... 为研究湍流风与地震联合作用下大型风力机塔架动力学响应非线性特性,以NREL 5 MW风力机为研究对象,基于模态截断法建立塔架模型,在考虑土体-结构耦合的基础上,通过开源软件FAST预留接口开发地震载荷计算模块。基于标准地震反应谱获得150组不同强度的地震,与额定风速的湍流风联合作用于风力机,研究发现:地震作用对塔架加速度影响较大,塔顶来流方向振动受湍流风影响较大,地震激励引起的振动能量可通过气动阻尼耗散,而塔顶侧向振动能量只能通过结构阻尼耗散,侧向塔顶振动频率主要为风力机结构一阶固有频率。此外,基于混沌理论,采用相图法和最大Lyapunov指数法从定性和定量两个角度分析了塔顶位移的非特性特征。结果表明:不同工况下塔顶位移时间序列的三维相图呈现出奇异性且最大Lyapunov指数均大于0,说明塔顶位移响应信号具有混沌特征。 展开更多

关键词 风力机 塔架 地震 动力学响应 混沌特征

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抗震风力机结构设计载荷需求研究 被引量：4

11

作者 杨阳 李春 +1 位作者 张万福 袁全勇 《机械工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第16期204-211,共8页

为研究风力机结构设计载荷需求与抗震强度之间的关系,通过Wolf方法考虑土-构耦合效应,并基于开源软件FAST建立通用的风力机地震工况动力学仿真模型。以AOC 50 k W、Wind PACT 1.5 MW和NREL 5 MW三台不同功率的风力机为研究对象,计算101... 为研究风力机结构设计载荷需求与抗震强度之间的关系,通过Wolf方法考虑土-构耦合效应,并基于开源软件FAST建立通用的风力机地震工况动力学仿真模型。以AOC 50 k W、Wind PACT 1.5 MW和NREL 5 MW三台不同功率的风力机为研究对象,计算101种不同强度地震与湍流风联合作用下,三台风力机在不同运行方式下的结构动力学响应。结果表明:地震载荷加剧了风力机塔顶振动,在加速度峰值为2.14 m/s^2的地震作用下,NREL 5 MW风力机机舱加速度波动范围增大4.7倍。由此诱发紧急停机,叶片顺桨过程中使得气动阻尼急剧降低,从而导致结构载荷发生增幅振荡,说明地震发生时,紧急停机操作并不能有效降低塔顶振动。在高强度地震工况下,塔基弯矩最大响应值与设计地震加速度峰值之间为线性关系。提出了一种新的塔基结构强度设计需求预估模型,在不同强度地震范围均有较高的拟合度,可为抗震型风力机结构载荷设计提供较高的参考价值。 展开更多

关键词 风力机 地震工况 结构强度 预估模型

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垂直轴风力机流场主动控制方法研究 被引量：4

12

作者 袁全勇 李春 杨阳 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第1期213-219,共7页

针对垂直轴风力机叶片攻角连续性变化导致的非稳定流动,提出一种改善叶片攻角的主动变桨控制方法。首先通过实验验证数值模拟方法的可行性及有效性,其次对变桨控制前后风力机流场进行二维数值模拟,得到风力机在不同变桨条件下的气动特... 针对垂直轴风力机叶片攻角连续性变化导致的非稳定流动,提出一种改善叶片攻角的主动变桨控制方法。首先通过实验验证数值模拟方法的可行性及有效性,其次对变桨控制前后风力机流场进行二维数值模拟,得到风力机在不同变桨条件下的气动特性及流场结构,计算结果表明:变桨控制可使叶片在不同方位角下处于更合适的攻角,进而获得较优的气动性能,变桨控制后的风能利用系数有所增加。随着最大变桨角度的增加,风能利用系数先增大后减小,最大可提高33.2%,同时主动变桨可抑制叶片尾缘流动分离,使得叶片尾涡耗散轨迹更贴合风轮旋转圆周。从而降低转矩系数波动幅值,提高风力机运行寿命。 展开更多

关键词 垂直轴风力机 流动控制 数值模拟 气动特性

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基于R/S类分析法的风速时间序列Hurst指数分析 被引量：4

13

作者 许子非 邹锦华 +1 位作者 李春 袁全勇 《动力工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2019年第7期585-590,604,共7页

针对风速时间序列具有确定性与随机性相结合的非线性特征,研究了R/S类分析法对不同FGN时间序列的计算精度以及不同实测风速时间序列的Hurst指数。结果表明:对于长FGN时间序列,理想Hurst指数较低时CRS分析法的结果最接近理想值,理想Hurs... 针对风速时间序列具有确定性与随机性相结合的非线性特征,研究了R/S类分析法对不同FGN时间序列的计算精度以及不同实测风速时间序列的Hurst指数。结果表明:对于长FGN时间序列,理想Hurst指数较低时CRS分析法的结果最接近理想值,理想Hurst指数较高时Lo分析法得到的结果最精确;对于短FGN时间序列,理想Hurst指数较低时CRS分析法较精确,理想Hurst指数较高时V/S分析法的结果较精确;风速时间序列具有'1/f波动'的特点,且呈长期相关性;长风速时间序列具有长期相关性和强短期相关性;短风速时间序列具有强长期相关性,与长风速时间序列具有强短期相关性相吻合。 展开更多

关键词 R/S类分析法 长期相关性 HURST指数 风速 时间序列

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漂浮式风力机半潜式平台摇荡运动混沌特征分析 被引量：3

14

作者 黄致谦 李春 +1 位作者 丁勤卫 袁全勇 《热能动力工程》 CAS CSCD 北大核心 2018年第1期129-137,共9页

针对漂浮式风力机半潜式平台在复杂海洋环境下的摇荡运动所表现出的复杂非线性特征，建立半潜式平台的NREL5Mw漂浮式风力机模型，基于辐射／绕射理论并结合有限元方法得到了平台摇荡运动时间序列数据。基于混沌理论，应用功率谱分析、... 针对漂浮式风力机半潜式平台在复杂海洋环境下的摇荡运动所表现出的复杂非线性特征，建立半潜式平台的NREL5Mw漂浮式风力机模型，基于辐射／绕射理论并结合有限元方法得到了平台摇荡运动时间序列数据。基于混沌理论，应用功率谱分析、相空间重构及最大Lyapunov指数3种方法从定性和定量的角度，对摇荡运动时间序列数据进行了混沌特征分析。结果表明：平台摇荡运动时间序列数据具有明显的混沌特征，其最大Lyapunov指数不同（在0．05-0．09之间小幅变化）；平台摇荡运动时间序列数据具有短期可预测性，且其最大可预测时间不同，最大可预测时间均不超过17s。 展开更多

关键词 漂浮式风力机 半潜式平台 摇荡运动 时间序列 混沌

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浮式风力机平台摇荡运动混沌分析及预测 被引量：2

15

作者 余万 李春 +3 位作者 丁勤卫 郝文星 周红杰 袁全勇 《工程热物理学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2019年第5期1050-1057,共8页

为探究漂浮式风力机平台在多种非规则环境载荷作用下摇荡运动中的非线性动力学特征,建立基于OC3 Spar平台的NREL 5 MW风力机整机模型,采用水动力软件AQWA求解平台的摇荡运动,基于相空间重构及最大李亚普诺夫指数法从定性及定量角度判断... 为探究漂浮式风力机平台在多种非规则环境载荷作用下摇荡运动中的非线性动力学特征,建立基于OC3 Spar平台的NREL 5 MW风力机整机模型,采用水动力软件AQWA求解平台的摇荡运动,基于相空间重构及最大李亚普诺夫指数法从定性及定量角度判断平台在风、浪、流载荷作用下摇荡运动时间序列的混沌特征,且进一步采用加权零阶局域法预测平台运动.结果表明:在低频时Spar平台幅值运动响应算子较大;在多重载荷作用时平台在平衡位置处做摇荡运动;平台在纵荡、垂荡及纵摇方向上的运动时间序列具有混沌特征,且三个方向短期可预测时间最大为0.4879 s;预测数据时间超过短期可预测时间时,随着时间增大预测数据和实际数据的绝对误差增大.混沌理论是非线性动力学的重要研究方向,可作为漂浮式风力机平台非线性运动分析的一种新方法. 展开更多

关键词 漂浮式风力机 SPAR平台 相空间重构 最大李亚普诺夫指数 加权零阶局域法

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风速时间序列混沌判定方法比较研究 被引量：1

16

作者 袁全勇 李春 杨阳 《热能动力工程》 CAS CSCD 北大核心 2018年第7期135-144,共10页

混沌识别是对非线性时间序列进行混沌预测的前提。针对时间序列风速确定性与随机性相结合的复杂非线性特征,研究了不同的混沌识别方法,并对风速时间序列进行混沌特征识别。应用随机噪声、周期运动及经典混沌系统的时间序列对所选方法进... 混沌识别是对非线性时间序列进行混沌预测的前提。针对时间序列风速确定性与随机性相结合的复杂非线性特征,研究了不同的混沌识别方法,并对风速时间序列进行混沌特征识别。应用随机噪声、周期运动及经典混沌系统的时间序列对所选方法进行可靠性验证。对美国国家风能研究中心M2测风塔实测时间序列风速数据进行非线性混沌特征识别。结果表明：风速时间序列具有明显的混沌特征;各风速时间序列表现出不同程度的混沌特征;各混沌识别方法对风速时间序列混沌特征的表达形式不同,互为补充,相互验证。 展开更多

关键词 混沌识别 风速时间序列 相空间重构 频谱分析 0~1混沌测试

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