一种嵌套式的风电塔架及其损伤预测方法技术

本发明专利技术公开了一种嵌套式的风电塔架及其损伤预测方法，涉及损伤预测技术领域。包括：塔底、塔身和塔顶，塔底、塔身和塔顶均由拼接组件组装而成，拼接组件呈圆环状，圆环内壁铺设钢管，圆环外部浇筑混凝土；拼接组件为半径不同的同心圆环，根据半径由大到小通过嵌套的方式，自下而上进行组装；半径最大的拼接组件作为塔底，半径最小的拼接组件作为塔顶。并通过对塔架进行建模；再对塔架所受力进行应力分析，可得出该塔架的损伤预测结果。该塔架满足了大型风机塔架越来越高的强度和韧性要求；避免了传统风机钢塔架易腐蚀、后续维修成本高的问题以及混凝土塔架施工周期长、超高塔架浇筑困难的问题。困难的问题。困难的问题。

【技术实现步骤摘要】
一种嵌套式的风电塔架及其损伤预测方法


[0001]本专利技术涉及损伤预测
，尤其涉及一种嵌套式的风电塔架及其损伤预测方法。

技术介绍

[0002]本部分的陈述仅仅是提供了与本专利技术相关的
技术介绍
信息，不必然构成在先技术。
[0003]风力发电作为清洁能源迅速发展，并越来越趋向于大型化、高效率。风电技术发展的同时，对风机塔架的高度要求也越来越高，对塔架材料和性能的要求随之增加。已知的塔架最高已达140米，虽然能够带来更高效率的资源，但是运输不易且成本大，容易造成安全隐患。目前，风机塔架常用材料有钢和混凝土两种。钢材料易浇筑，硬度大，但随着高度增加，对钢材料的强度和硬度都有更高的要求，且目前钢的价格有大幅度的增长。此外，钢材还需考虑腐蚀问题，增加了后续维修成本。而混凝土材料便宜，但浇筑至成型施工周期长，越高的塔架浇筑越困难，难以应用到超高塔架中。钢
‑
混凝土材料可以避免两种材料的缺点，不仅可以解决了钢材料价格高昂的缺点，而且还可以解决混凝土材料的施工周期长缺点。
[0004]基于此，研究人员针对钢
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混凝土结构的塔架做了大量的研究，黄一航等提出内埋方钢管空间钢构架混凝土短柱的组合柱方法，其极限承载力满足一定应用需求。但此组合对浇筑工艺要求高，塔架过高无法一次成型。李斌等通过分析不同参数对节点承载力，提出了钢管内填充混凝土后可以达到极限承载力，但是研究仅局限于管板节点。杨晨旭等对装配式节点进行了有限元分析研究，提出了在进行新型装配式节点设计时，应当控制腹杆与包裹板、腹杆与加劲板的壁厚比在合理的取值范围内，但是仅研究了静力理论分析部分，有所局限。张冬冬等利用ABAQUS有限元软件对试验模型和原型塔架模型进行数值模拟，给出了在不同工况下混凝土塔架结构的承载变形能力和动力特性，但是仅对模型塔架进行拟静力荷载试验，并未进行混凝土塔架的抗震分析。
[0005]因此，如何设计一种满足强度和韧性要求的同时，方便组装和维修的大型风机塔架成为亟待解决的问题之一。

技术实现思路

[0006]针对现有技术存在的不足，本专利技术的目的是提供一种嵌套式的风电塔架及其损伤预测方法。以混凝土材料作为塔架底部，以钢材料作为塔架的塔身，提出了一种嵌套式结构的设计。对混凝土段和钢段比例进行探究，从经济和性能的方向寻求最好的比例，达到了满足风机塔架的强度和韧性的效果。同时，提出一套嵌套式组装方案，在从方便运输和经济角度考虑的同时也减少了工程量。
[0007]为了实现上述目的，本专利技术是通过如下的技术方案来实现：
[0008]本专利技术第一方面提供了一种嵌套式的风电塔架，包括：
[0009]塔底、塔身和塔顶，塔底、塔身和塔顶均由拼接组件组装而成，拼接组件呈圆环状，圆环内壁铺设钢管，圆环外部浇筑混凝土；拼接组件为半径不同的同心圆环，根据半径由大到小通过嵌套的方式，自下而上进行组装；半径最大的拼接组件作为塔底，半径最小的拼接组件作为塔顶。
[0010]进一步的，拼接组件由三部分拼接组成，每部分为120
°
的圆弧。
[0011]进一步的，拼接组件采用钢材料制成。
[0012]进一步的，塔架高120米。
[0013]进一步的，塔底外径6.4米，壁厚0.3米，塔顶外径3.2米，壁厚0.08米。
[0014]本专利技术第二方面提供了一种嵌套式的风电塔架的损伤预测方法，包括以下步骤：
[0015]对风电塔架建立有限元塔架模型；
[0016]对塔架模型添加负载，对塔架形变和应力进行分析，得到塔架受力及形变情况；
[0017]根据受力及形变情况进行监测，将监测数据进行处理，得到损伤预测结果。
[0018]进一步的，对塔架模型添加负载的具体过程为：根据塔架模型设置网格，对塔架施加方向竖直向下的自身所受重力、风载荷及风机机头对塔架的压力并生成应力云图和形变云图。
[0019]更进一步的，设置总变形得到塔架形变，设置等效应力得到塔架所受应力。
[0020]进一步的，以数据的形式展现连续点的受力完成受力及形变情况的监测。
[0021]进一步的，将监测数据进行处理后，受力及形变最大处即为所受损伤最大处。
[0022]以上一个或多个技术方案存在以下有益效果：
[0023]本专利技术提出一种嵌套式的风电塔架及其基于ANSYS的损伤预测方法，该塔架满足了大型风机塔架越来越高的强度和韧性要求；避免了传统风机钢塔架易腐蚀、后续维修成本高的问题以及混凝土塔架施工周期长、超高塔架浇筑困难的问题；该塔架设计为嵌入式组装，运输方便、维修便捷，降低了运输和维修成本。
[0024]本专利技术通过基于ANSYS的损伤预测方法对风电塔架进行损伤预测，与现有只针对某一部分进行损伤预测的技术相比，本专利技术对塔架整体进行全面分析，得到了大量更系统的数据。能够快速得到损伤的受力和形变点，确定损伤位置。
[0025]本专利技术附加方面的优点将在下面的描述中部分给出，部分将从下面的描述中变得明显，或通过本专利技术的实践了解到。
附图说明
[0026]构成本专利技术的一部分的说明书附图用来提供对本专利技术的进一步理解，本专利技术的示意性实施例及其说明用于解释本专利技术，并不构成对本专利技术的不当限定。
[0027]图1为本专利技术实施例一中风机塔架整体结构图；
[0028]图2为本专利技术实施例一中拼接组件结构图；
[0029]图3为本专利技术实施例一中拼接组件部分结构图；
[0030]图4为本专利技术实施例二中风机塔架损伤预测方法的流程图；
[0031]图5为本专利技术实施例二中风机塔架模型的应力云图；
[0032]图6为本专利技术实施例二中风机塔架模型的形变云图；
[0033]图7为本专利技术实施例二中在风机塔架模型的应力云图中添加探测点的示意图；
[0034]图8为本专利技术实施例二中在风机塔架模型的形变云图中添加探测点的示意图；
[0035]图9为本专利技术实施例二中在修正模块的应力云图中添加探测点的示意图；
[0036]图10为本专利技术实施例二中在修正模块的形变云图中添加探测点的示意图。
具体实施方式
[0037]应该指出，以下详细说明都是示例性的，旨在对本申请提供进一步的说明。除非另有指明，本文使用的所有技术和科学术语具有与本申请所属
的普通技术人员通常理解的相同含义。
[0038]需要注意的是，这里所使用的术语仅是为了描述具体实施方式，而非意图限制根据本申请的示例性实施方式。如在这里所使用的，除非上下文另外明确指出，否则单数形式也意图包括复数形式，此外，还应当理解的是，当在本说明书中使用术语“包含”和/或“包括”时，其指明存在特征、步骤、操作、器件、组件和/或它们的组合；
[0039]实施例一：
[0040]本专利技术实施例一提供了一种嵌套式的风电塔架，如图1所示，包括：
[0041]塔底、塔身和塔顶，塔架高120米。塔底、塔身和塔顶均由拼接组件组装本文档来自技高网...

【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种嵌套式的风电塔架，其特征在于，包括：塔底、塔身和塔顶，塔底、塔身和塔顶均由拼接组件组装而成，拼接组件呈圆环状，圆环内壁铺设钢管，圆环外部浇筑混凝土；拼接组件为半径不同的同心圆环，根据半径由大到小通过嵌套的方式，自下而上进行组装；半径最大的拼接组件作为塔底，半径最小的拼接组件作为塔顶。2.如权利要求1所述的嵌套式的风电塔架，其特征在于，拼接组件由三部分拼接组成，每部分为120
°
的圆弧。3.如权利要求1所述的嵌套式的风电塔架，其特征在于，拼接组件采用钢材料制成。4.如权利要求1所述的嵌套式的风电塔架，其特征在于，塔架高120米。5.如权利要求1所述的嵌套式的风电塔架，其特征在于，塔底外径6.4米，壁厚0.3米，塔顶外径3.2米，壁厚0.08米。6.一种基于权利要求1
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5任一项所...

【专利技术属性】
技术研发人员：周月婷，何坚强，蒋善超，沈锋，孙厚超，辅小荣，张春富，廖启蒙，
申请(专利权)人：江苏飞博尔新材料科技有限公司，
类型：发明
国别省市：