风浪联合作用下海上风力涡轮机的碰撞阻尼减振控制

作者：孔凡; 夏红兵; 孙超; 李书进^*

来源：振动与冲击, 2021, 40(03): 19-27.

DOI：10.13465/j.cnki.jvs.2021.03.003

• 近海风机
• 被动控制
• 碰撞调谐质量阻尼器
• 风浪联合作用

提出利用碰撞调谐质量阻尼器(Pounding Tuned Mass Damper, PTMD)控制近海单桩风力涡轮机塔身在风浪联合作用下的结构振动。为此,利用拉格朗日方程推导风浪联合作用下风机与PTMD的耦合动力方程并据此分析了相关控制效果。具体而言,结构模型方面,以美国国家可再生能源实验室(NREL)的5 MW基准单桩海上风力涡轮机为研究对象,利用非线性黏弹性模型描述阻尼装置的碰撞过程,并在塔体模型中考虑基础土壤效应。风浪外荷载方面,采用考虑普朗特叶尖损失因子(Prandtl’s Tip Loss Factor)和格劳厄特校正(Glauert Correction)的叶素动量法计算风湍流作用在叶片上的气动荷载,并利用Morison方程计算满足JONSWAP谱的随机波浪荷载。研究发现,碰撞调谐质量阻尼器对塔顶响应的控制效果较好;引入的碰撞机制使调谐质量阻尼器鲁棒性提高,使之在参数失调的情况下仍能保持较好的振动控制效果。

• 单位
  中信建筑设计研究总院有限公司; 武汉理工大学; 土木工程与建筑学院; 土木与环境工程系