三樁式海上風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)傳感器位置優(yōu)化及模型試驗(yàn)研究.pdf

1、海上風(fēng)力發(fā)電是現(xiàn)今發(fā)展最快的新能源項(xiàng)目，其建設(shè)成本比較高，海上風(fēng)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)的投入占到海上風(fēng)電總投入的30％左右，機(jī)組由于塔架結(jié)構(gòu)受損而損壞的比例達(dá)到了18%，也說(shuō)明了支撐結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)在整個(gè)風(fēng)電結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中占有重要地位。然而，我國(guó)海上風(fēng)電市場(chǎng)還處在起步階段，針對(duì)海上風(fēng)電系統(tǒng)的安全監(jiān)測(cè)體系尚不成熟。由于海上風(fēng)電場(chǎng)所處環(huán)境比較惡劣，支撐結(jié)構(gòu)在惡劣的環(huán)境荷載下可能破壞，影響風(fēng)電場(chǎng)的正常運(yùn)行，甚至造成巨大的經(jīng)濟(jì)損失，故需要對(duì)風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行實(shí)時(shí)監(jiān)測(cè)。然

2、而對(duì)風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)的每個(gè)節(jié)點(diǎn)都安裝監(jiān)測(cè)設(shè)備是不可能的，在此就迫切需要對(duì)海上風(fēng)電基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳感器的位置優(yōu)化研究，利用最少的傳感器獲得結(jié)構(gòu)盡量多的模態(tài)信號(hào)，從而降低監(jiān)測(cè)成本及提高監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　本文的研究重點(diǎn)是對(duì)海上風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)進(jìn)行傳感器位置優(yōu)化，在前期工作中采用有限元軟件對(duì)支撐結(jié)構(gòu)的受力情況進(jìn)行比較詳細(xì)的受力分析，找出支撐結(jié)構(gòu)在極端工況及正常工況下的危險(xiǎn)構(gòu)件和危險(xiǎn)區(qū)域，以便在試驗(yàn)階段對(duì)這些區(qū)域進(jìn)行重點(diǎn)監(jiān)測(cè)。然后再建立海上風(fēng)電

3、支撐結(jié)構(gòu)的數(shù)值模型，并利用有效獨(dú)立法和Guyan擴(kuò)階法對(duì)其進(jìn)行傳感器位置優(yōu)化，研究目的是利用盡可能少的傳感器獲得結(jié)構(gòu)盡可能多的模態(tài)信息，在很大程度上降低結(jié)構(gòu)的監(jiān)測(cè)成本，傳感器數(shù)量越少越有利于整個(gè)監(jiān)測(cè)系統(tǒng)的穩(wěn)定運(yùn)行。
　　本文發(fā)展了一種模態(tài)振型非迭代擴(kuò)階方法。該方法引入了一個(gè)由對(duì)應(yīng)于主自由度的實(shí)測(cè)數(shù)值及對(duì)應(yīng)于從自由度的待估算數(shù)值組成的復(fù)合向量，同時(shí)修正了結(jié)構(gòu)未測(cè)試自由度的振型值，從而實(shí)現(xiàn)模態(tài)振型的直接擴(kuò)階。該方法在一定程度上無(wú)需考慮

4、實(shí)測(cè)結(jié)構(gòu)和有限元模型之間在剛度特性上的建模誤差，通過(guò)對(duì)未測(cè)試自由度的振型值進(jìn)行修正而實(shí)現(xiàn)模態(tài)振型的直接擴(kuò)階，整個(gè)估算過(guò)程不需要迭代求解，計(jì)算效率也很高。通過(guò)導(dǎo)管架式三樁海上風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)的模型試驗(yàn)來(lái)驗(yàn)證該方法的可靠性以及工程適用性。
　　模態(tài)參數(shù)識(shí)別方法選取特征系統(tǒng)實(shí)現(xiàn)算法，模態(tài)振型擴(kuò)展方法選取傳統(tǒng)的Guyan算法，傳感器位置優(yōu)化以相同數(shù)量的安裝水深較小位置為優(yōu)化目標(biāo)。對(duì)海上風(fēng)電支撐結(jié)構(gòu)傳感器位置優(yōu)化的數(shù)值研究方案進(jìn)行補(bǔ)充。