三樁式海上風電支撐結構傳感器位置優(yōu)化及模型試驗研究.pdf

1、海上風力發(fā)電是現(xiàn)今發(fā)展最快的新能源項目，其建設成本比較高，海上風電基礎結構的投入占到海上風電總投入的30％左右，機組由于塔架結構受損而損壞的比例達到了18%，也說明了支撐結構設計在整個風電結構設計中占有重要地位。然而，我國海上風電市場還處在起步階段，針對海上風電系統(tǒng)的安全監(jiān)測體系尚不成熟。由于海上風電場所處環(huán)境比較惡劣，支撐結構在惡劣的環(huán)境荷載下可能破壞，影響風電場的正常運行，甚至造成巨大的經濟損失，故需要對風電支撐結構進行實時監(jiān)測。然

2、而對風電支撐結構的每個節(jié)點都安裝監(jiān)測設備是不可能的，在此就迫切需要對海上風電基礎結構進行傳感器的位置優(yōu)化研究，利用最少的傳感器獲得結構盡量多的模態(tài)信號，從而降低監(jiān)測成本及提高監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定性。
　　本文的研究重點是對海上風電支撐結構進行傳感器位置優(yōu)化，在前期工作中采用有限元軟件對支撐結構的受力情況進行比較詳細的受力分析，找出支撐結構在極端工況及正常工況下的危險構件和危險區(qū)域，以便在試驗階段對這些區(qū)域進行重點監(jiān)測。然后再建立海上風電

3、支撐結構的數(shù)值模型，并利用有效獨立法和Guyan擴階法對其進行傳感器位置優(yōu)化，研究目的是利用盡可能少的傳感器獲得結構盡可能多的模態(tài)信息，在很大程度上降低結構的監(jiān)測成本，傳感器數(shù)量越少越有利于整個監(jiān)測系統(tǒng)的穩(wěn)定運行。
　　本文發(fā)展了一種模態(tài)振型非迭代擴階方法。該方法引入了一個由對應于主自由度的實測數(shù)值及對應于從自由度的待估算數(shù)值組成的復合向量，同時修正了結構未測試自由度的振型值，從而實現(xiàn)模態(tài)振型的直接擴階。該方法在一定程度上無需考慮

4、實測結構和有限元模型之間在剛度特性上的建模誤差，通過對未測試自由度的振型值進行修正而實現(xiàn)模態(tài)振型的直接擴階，整個估算過程不需要迭代求解，計算效率也很高。通過導管架式三樁海上風電支撐結構的模型試驗來驗證該方法的可靠性以及工程適用性。
　　模態(tài)參數(shù)識別方法選取特征系統(tǒng)實現(xiàn)算法，模態(tài)振型擴展方法選取傳統(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。對海上風電支撐結構傳感器位置優(yōu)化的數(shù)值研究方案進行補充。