土-构耦合效应对15 MW风力机地震动态响应的影响 被引量：3

1

作者 梅轩 杨阳 《动力工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第3期269-275,285,共8页

为研究土-构耦合效应对下一代大型海上风力机地震动态响应的影响,通过对开源软件FAST进行二次开发,采用模态加速度法计算地震载荷,建立了海上风力机地震动力学仿真模型,并据此研究了考虑及忽略土-构耦合效应时15 MW风力机在正常运行工... 为研究土-构耦合效应对下一代大型海上风力机地震动态响应的影响,通过对开源软件FAST进行二次开发,采用模态加速度法计算地震载荷,建立了海上风力机地震动力学仿真模型,并据此研究了考虑及忽略土-构耦合效应时15 MW风力机在正常运行工况和停机状态下的塔顶振动和支撑结构载荷变化特性。结果表明:土-构耦合效应虽然对地震诱导塔顶振动剧烈程度的影响较小,但在一定程度上抑制了停机时侧向振动的恢复;忽略土-构耦合效应将导致泥面处结构弯矩的预估值偏低约29.6%;考虑土-构耦合效应时,面内弯矩在地震结束后依然保持较大的变化幅度;针对海上风电结构抗震设计,应当考虑增加系统阻尼以及时降低由地震激励引起的面内载荷。 展开更多

关键词 风力机 地震 土-构耦合 动态响应

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液化场地桩-土-结构动力相互作用的有限元分析 被引量：40

2

作者 黄雨 八嶋厚 张锋 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第6期646-651,共6页

基于Biot两相饱和多孔介质动力耦合理论,采用有效应力方法对液化场地桩基础的地震反应进行了三维有限元分析。在饱和液化砂土的循环塑性模拟中,采用了超固结边界面、Armstrong-Frederick型非线性运动硬化准则和非关联流动准则来描述动... 基于Biot两相饱和多孔介质动力耦合理论,采用有效应力方法对液化场地桩基础的地震反应进行了三维有限元分析。在饱和液化砂土的循环塑性模拟中,采用了超固结边界面、Armstrong-Frederick型非线性运动硬化准则和非关联流动准则来描述动荷载作用下砂土的循环活动性以及液化强度等特性。对于桩的动力本构行为,则采用了可以考虑体积效应和轴向力影响的梁—柱单元来模拟。以某城市高架桥的实际工程为例,应用该方法对地基液化时桩—土—结构的动力相互作用进行了计算分析,并得到了一些有用的结论。 展开更多

关键词 地震液化 桩-土-结构动力相互作用 本构模型 动力耦合分析 有限元

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热-水-力耦合作用下非饱和土变形特性的弹塑性模拟 被引量：7

3

作者 蔡国庆 郭艳鑫 +2 位作者 李舰 张雪东 赵成刚 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2017年第4期1060-1068,共9页

在已有的非饱和土水-力耦合模型基础上,耦合考虑温度影响,建立了一个热-水-力耦合作用下非饱和土弹塑性本构模型。该模型以土骨架平均应力、修正吸力和温度为应力状态变量,以土骨架应变、饱和度和熵为应变状态变量。通过引入与温度相关... 在已有的非饱和土水-力耦合模型基础上,耦合考虑温度影响,建立了一个热-水-力耦合作用下非饱和土弹塑性本构模型。该模型以土骨架平均应力、修正吸力和温度为应力状态变量,以土骨架应变、饱和度和熵为应变状态变量。通过引入与温度相关的屈服面(LY、TY)以及相应的硬化规律来考虑温度对土体变形的影响。利用建立的模型,对文献中不同吸力和温度条件下的等向压缩和三轴排水剪切试验进行预测,预测结果表明,该模型能够较好地定量描述热-水-力耦合作用下非饱和土的变形特性。 展开更多

关键词 非饱和土 热-水-力耦合 弹塑性本构模型 变形特性

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非饱和多孔介质中混合元法的化学-热-渗流-力学耦合的本构模拟 被引量：6

4

作者 刘泽佳 李锡夔 《计算力学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2007年第4期397-402,共6页

在文献[1]中建立的多孔介质中化学-热-渗流-力学(CTHM)本构模型基础上,针对文献[2]建立的非饱和多孔介质中热-渗流-力学耦合分析的混合有限元方法,发展了非饱和多孔介质中混合元的化学-热-渗流-力学(CTHM)耦合本构模拟算法。采用非关联... 在文献[1]中建立的多孔介质中化学-热-渗流-力学(CTHM)本构模型基础上,针对文献[2]建立的非饱和多孔介质中热-渗流-力学耦合分析的混合有限元方法,发展了非饱和多孔介质中混合元的化学-热-渗流-力学(CTHM)耦合本构模拟算法。采用非关联流动多重屈服准则模拟非饱和多孔介质的材料非线性行为。推导了u-pw-pa-T形式的包含了耦合率本构方程积分的向后欧拉映射算法和一致性弹塑性切线模量矩阵(单元刚度矩阵)的混合元一致性算法。本文给出了临界状态线(CSL)和状态边界面(SBS)两个屈服准则的一致性算法。数值结果显示了本文所发展的混合元耦合本构模拟算法在模拟由热、化学、力学荷载共同引起的多孔介质中化学-热-渗流-力学(CTHM)耦合行为的能力和有效性。 展开更多

关键词 非饱和土 混合元 化学-热-渗流-力学耦合分析 本构模拟

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非饱和膨胀土的弹塑性本构模型研究 被引量：24

5

作者 曹雪山 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2005年第7期832-836,共5页

Alonso(1999)提出的膨胀土模型存在着微观结构参数难以确定的缺点。本文在阐述膨胀土干湿循环试验后,对膨胀土的结构特征进行了分析,并研究了膨胀土的微观变形机理。认为膨胀土宏观上的胀缩塑性变形是由两部分塑性变形组成,一部分是微... Alonso(1999)提出的膨胀土模型存在着微观结构参数难以确定的缺点。本文在阐述膨胀土干湿循环试验后,对膨胀土的结构特征进行了分析,并研究了膨胀土的微观变形机理。认为膨胀土宏观上的胀缩塑性变形是由两部分塑性变形组成,一部分是微观结构层次中集聚体胀缩变形耦合后形成的微—宏观结构耦合变形,另一部分是宏观结构塑性变形。由此,本文改进了膨胀土模型,利用宏观结构层次的参数和微-宏观结构变形耦合参数t计算前部分变形,而后部分变形仍按低塑性非饱和土的弹塑性变形计算。最后通过计算实例表明:模型的结论与试验相近。 展开更多

关键词 非饱和膨胀土 微-宏观结构耦合变形 改进膨胀土模型 弹塑性本构模型

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基于数值解与解析解耦合的SSI体系地震反应分析方法 被引量：1

6

作者 傅敏红 古泉 《防灾减灾工程学报》 CSCD 北大核心 2013年第S1期15-19,共5页

基于子结构分析方法,提出了土-结构相互作用体系中数值解和解析解耦合的地震反应分析方法。此方法中,数值解是用有限元方法来模拟上部结构的非线性动力行为;而弹性结构-刚性基础-半无限大弹性地基中频域内的解析解,是通过离散时间递归... 基于子结构分析方法,提出了土-结构相互作用体系中数值解和解析解耦合的地震反应分析方法。此方法中,数值解是用有限元方法来模拟上部结构的非线性动力行为;而弹性结构-刚性基础-半无限大弹性地基中频域内的解析解,是通过离散时间递归滤波方法得到时域内的解来等效,且在整个体系中,利用土、结构两个子结构边界上的力和位移协调求解。本文提出的方法用有限元程序Opensees来实现,并用于一个线弹性单层框架结构的动力分析中。这种耦合的分析方法得到的结果,与土-结构相互作用单自由度体系的解析解进行了比较,验证此方法的精度、稳定性和工程实用性。 展开更多

关键词 子结构分析方法 耦合体系 离散时间递归滤波方法 OPENSEES 土-结构相互作用(ssi)

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盐溶液饱和黏土的力学行为模拟 被引量：7

7

作者 颜荣涛 纪文栋 +2 位作者 陈星欣 张芹 韦昌富 《岩土力学》 EI CAS CSCD 北大核心 2018年第2期546-552,共7页

由于黏性土表面带有丰富的负电荷,孔隙水溶液化学状态的变化对黏性土的物理力学特性存在明显影响。随着化学-力学耦合的相关岩土工程问题日益突出,进行有效的化学-力学耦合行为的数值分析评价显得尤为重要。因此,建立一个简单有效的考... 由于黏性土表面带有丰富的负电荷,孔隙水溶液化学状态的变化对黏性土的物理力学特性存在明显影响。随着化学-力学耦合的相关岩土工程问题日益突出,进行有效的化学-力学耦合行为的数值分析评价显得尤为重要。因此,建立一个简单有效的考虑化学-力学耦合的本构模型是非常关键的。基于传统的修正剑桥模型,提出了一个简单的化学-力学耦合模型。该模型采用渗透吸力π描述孔隙水的化学状态,建立了前期屈服应力,临界状态线斜率M和弹性刚度与渗透吸力π之间的关系式,从而实现了模型对盐溶液饱和黏性土的变形和强度特性的有效模拟。通过与试验数据的对比和分析,说明该模型能有效地模拟孔隙盐溶液饱和黏性土的等向压缩行为、K_0状态下压缩行为以及K_0状态下化学-力学循环加载行为。此外,通过对黏性土三轴压缩试验的模拟,说明该模型能反映黏性土三轴应力状态下的基本力学特征。 展开更多

关键词 黏性土 盐溶液 化学-力学耦合 本构模型

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膨胀性非饱和土水力和力学性质的弹塑性模拟 被引量：14

8

作者 孙德安 孙文静 孟德林 《岩土工程学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2010年第10期1505-1512,共8页

Alonso等人提出的非饱和土弹塑性本构模型(BBM),不能用于预测膨胀性非饱和土的力学性质。现有的膨胀性非饱和土的弹塑性模型(BExM),其微观参数及微宏观变形的转换关系确定非常困难。从宏观角度,在已有的非膨胀性非饱和土水力特性和力学... Alonso等人提出的非饱和土弹塑性本构模型(BBM),不能用于预测膨胀性非饱和土的力学性质。现有的膨胀性非饱和土的弹塑性模型(BExM),其微观参数及微宏观变形的转换关系确定非常困难。从宏观角度,在已有的非膨胀性非饱和土水力特性和力学性质耦合的弹塑性本构模型的基础上,发展和建立了一个可预测非饱和膨胀土的水力特性和力学特性的弹塑性本构模型。模型引入不同形状的等孔隙比线与屈服线,并考虑了变形对土水特性的影响。对已公开发表的非饱和膨胀土的试验结果进行预测,包括常净应力的吸湿试验,吸力不变的等向压缩试验及三轴剪切试验。预测结果表明该模型能够定量的描述膨胀性非饱和土的水力和力学特性。 展开更多

关键词 非饱和膨胀土 弹塑性本构模型 水力-力学模型 等孔隙比线 耦合

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考虑SSI效应的风力机塔架地震动力响应时频特性分析 被引量：10

9

作者 刘中胜 杨阳 +1 位作者 李春 邹锦华 《动力工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2018年第7期587-593,共7页

为分析风-震共同作用下风力机塔架的动力响应,基于Wolf方法建立了土-构耦合模型,通过开源软件Fast预留数据接口开发了地震载荷模块,研究了在不同土质下塔架的振动特性和响应幅值。结果表明:地震载荷极大地加剧了塔架振动,尤其是塔架一... 为分析风-震共同作用下风力机塔架的动力响应,基于Wolf方法建立了土-构耦合模型,通过开源软件Fast预留数据接口开发了地震载荷模块,研究了在不同土质下塔架的振动特性和响应幅值。结果表明:地震载荷极大地加剧了塔架振动,尤其是塔架一阶固有频率和二阶固有频率的振动幅值明显增大;设防烈度为8度时,塔顶振动的主要激励为地震载荷,气动载荷对塔顶振动的影响很小,可忽略不计;由于阻尼和地震反应谱特征周期不同,在不同土质下塔架的响应幅值和振动特性差异较大;与无地震相比,在额定风况下硬黏土、岩土和软土3种不同场地土质发生地震时,塔顶侧向位移分别增大了316%、242%和265%。 展开更多

关键词 风力机 地震 土-构耦合 土质 动力响应

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极限环境载荷诱导风力机结构振动影响分析 被引量：2

10

作者 闫阳天 李春 +2 位作者 张万福 刘中胜 杨阳 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第4期393-401,共9页

风力机桩基、塔架及连接部件构成的支撑结构属顶部承担较大质量的力学结构,地震对其造成的影响远大于常规建筑。针对上述问题,基于NREL开发计算平台,联合TurbSim、AeroDyn、FAST及Seismic,对变风载荷、变地震载荷(波形、强度)下的风力... 风力机桩基、塔架及连接部件构成的支撑结构属顶部承担较大质量的力学结构,地震对其造成的影响远大于常规建筑。针对上述问题,基于NREL开发计算平台,联合TurbSim、AeroDyn、FAST及Seismic,对变风载荷、变地震载荷(波形、强度)下的风力机动力学响应进行研究。发现:地震横波对风力机结构响应造成剧烈影响,纵波相对于横波影响较小;风力机在水平方向的结构响应比竖向更剧烈,垂直方向的结构响应在结构分析时可忽略不计。叶片的结构响应主要由风载荷造成;因风载荷在来流方向的作用导致塔顶流向位移和塔架侧向弯矩受风载荷和地震载荷同时影响,塔顶侧向位移和塔架流向弯矩受地震载荷作用更显著。 展开更多

关键词 风力机 地震 叶片 塔架 湍流风 土-构耦合

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考虑SSI效应的下一代大型海上风力机抗震控制研究

11

作者 余洁 秦志豪 +1 位作者 杨阳 戴靠山 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2023年第23期175-182,共8页

为研究地震载荷对海上风力机结构动力响应。以IEA 15 MW单桩风力机为研究对象,基于开源软件FAST二次开发,考虑土-构耦合效应,通过模态加速度法和调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)编写了海上风力机地震动力学仿真及结构控制程序,... 为研究地震载荷对海上风力机结构动力响应。以IEA 15 MW单桩风力机为研究对象,基于开源软件FAST二次开发,考虑土-构耦合效应,通过模态加速度法和调谐质量阻尼器(tuned mass damper, TMD)编写了海上风力机地震动力学仿真及结构控制程序,研究三种不同载荷场景下风力机结构动力响应变化以及TMD对塔架振动效果的影响。结果表明,地震载荷为风力机塔架振动的主要因素,风载荷与波浪载荷对地震后塔顶纵向位移影响较大;TMD能有效降低塔顶振动,降低峰值40%以上,对地震后塔基面内弯矩降载明显,降低标准差70%。 展开更多

关键词 海上风力机 地震载荷 结构控制 土-构耦合(ssi)

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海上风力机多场平台构建及地震动力学研究

12

作者 闫阳天 李春 +2 位作者 缪维跑 岳敏楠 牛凯伦 《动力工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2022年第5期458-467,共10页

为研究大型海上风力机在地震、湍流风、波浪及海流等复杂环境载荷作用下的动力学响应,建立了考虑多环境载荷和土-构耦合效应的精细支撑结构有限元模型,并基于模态法验证了有限元模型的精度和考虑土-构耦合效应的必要性,同时研究了大型... 为研究大型海上风力机在地震、湍流风、波浪及海流等复杂环境载荷作用下的动力学响应,建立了考虑多环境载荷和土-构耦合效应的精细支撑结构有限元模型,并基于模态法验证了有限元模型的精度和考虑土-构耦合效应的必要性,同时研究了大型风力机的结构响应。结果表明:结构的动力特性受土-构耦合效应影响显著;在地震载荷作用下,结构多个自由度响应激增;由于湍流风、波浪及海流载荷作用,导致支撑结构受外载荷形成阻尼效应影响更为显著;在研究地震动力学响应时,湍流风载荷、浪流载荷不可忽略。 展开更多

关键词 海上风力机 动力学响应 有限元方法 多物理场 地震 土-构耦合

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极端海况下风力机冲刷效应动力学响应研究

13

作者 师浩东 闫阳天 +2 位作者 岳敏楠 李春 牛凯伦 《动力工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2024年第7期1060-1067,1074,共9页

基于有限元方法建立考虑土-构耦合效应的壳单元模型,对不同海况下发生冲刷时的海上风力机进行动力学响应分析。结果表明:在常规和极端海况下,发生较大冲刷时,塔顶和桩基顶部峰值位移均有所增加,且桩基顶部峰值位移增幅更大,随着冲刷深... 基于有限元方法建立考虑土-构耦合效应的壳单元模型,对不同海况下发生冲刷时的海上风力机进行动力学响应分析。结果表明:在常规和极端海况下,发生较大冲刷时,塔顶和桩基顶部峰值位移均有所增加,且桩基顶部峰值位移增幅更大,随着冲刷深度的增加,塔架水平位移均呈先增大后减小的趋势,桩基水平位移随冲刷深度的增加持续增大,不同冲刷深度下桩基最大加速度位置均发生在桩基顶部,塔架最大应力均出现在塔架底部;与常规海况相比,极端海况下风力机在启动后一直处于不稳定状态,最大加速度位于桩基中上部位置,且随冲刷深度的增加持续增大,桩基应力峰值位置由桩基顶部转移至中部。 展开更多

关键词 海上风力机 极端海况 土-构耦合 冲刷孔 动力学响应

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基于类龙骨仿生结构的风力机塔架设计及力学性能研究

14

作者 唐宏铭 闫阳天 +2 位作者 岳敏楠 缪维跑 李春 《动力工程学报》 2025年第4期528-536,共9页

为改进海上风力机在风浪载荷下的动力学响应特性,提出了新型类龙骨仿生内肋塔架。通过考虑湍流风、波浪载荷和非线性土-构耦合作用的有限元方法模拟塔架动态响应和屈曲特性。结果表明:在风浪载荷作用下,相较于传统塔架,仿生塔架塔顶位... 为改进海上风力机在风浪载荷下的动力学响应特性,提出了新型类龙骨仿生内肋塔架。通过考虑湍流风、波浪载荷和非线性土-构耦合作用的有限元方法模拟塔架动态响应和屈曲特性。结果表明:在风浪载荷作用下,相较于传统塔架,仿生塔架塔顶位移较小,可有效抑制风浪载荷的影响,且应力分布更加合理,高刚度内肋结构可保证塔架的稳定性,但一定程度上会导致局部应力增加;相较于传统塔架,仿生塔架屈曲模态位移相对较小,表明仿生塔架可有效提升塔架的抗失稳能力。 展开更多

关键词 风力机 仿生结构 动力学响应 土-构耦合 屈曲

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基于中国实测地震有效持续时间的风力机地震动力学研究

15

作者 唐宏铭 闫阳天 +4 位作者 马璐 李春 牛凯伦 李志昊 薛世成 《动力工程学报》 CAS CSCD 北大核心 2023年第6期700-709,共10页

基于我国实测地震,对10 MW单桩陆上风力机在地震及湍流风载荷作用下的结构响应和局部损伤特性进行研究。采用阿里亚斯强度计算有效地震持续时间,从而对风力机进行时域分析。采用壳单元精细有限元模型,构建考虑湍流风、地震及土-构耦合... 基于我国实测地震,对10 MW单桩陆上风力机在地震及湍流风载荷作用下的结构响应和局部损伤特性进行研究。采用阿里亚斯强度计算有效地震持续时间,从而对风力机进行时域分析。采用壳单元精细有限元模型,构建考虑湍流风、地震及土-构耦合效应的多物理场模型,开展10 MW单桩式陆上风力机的结构动力学研究。结果表明:湍流风载荷和地震载荷分别为影响风力机塔顶前后向位移和塔顶侧向位移的决定因素;地震载荷不同会导致地震诱导结构屈曲模态发生变化。 展开更多

关键词 风力机 地震 动力学特性 地震有效持续时间 土-构耦合 屈曲

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