竖向和横向地震载荷对某1.5 MW风力机塔筒裂尖应变场的影响及其对比

杨杰; 袁宏伟; 郭国亮; 崔巍; 陈浩峰

doi:10.16579/j.issn.1001.9669.2025.04.007

您当前的位置：

首页 >

文章列表页 >

竖向和横向地震载荷对某1.5 MW风力机塔筒裂尖应变场的影响及其对比

·疲劳·损伤·断裂·失效分析· | 更新时间：2025-04-25

- 竖向和横向地震载荷对某1.5 MW风力机塔筒裂尖应变场的影响及其对比
- INFLUENCE AND COMPARISON OF VERTICAL AND HORIZONTAL EARTHQUAKE LOADS ON THE CRACK TIP STRAIN FIELD OF A 1.5 MW WIND TURBINE TOWER
- 机械强度 2025年47卷第4期页码：54-62
- 作者机构：
  
  1.上海理工大学能源与动力工程学院上海市动力工程多相流动与传热重点实验室，上海 200093
  2.安徽容知日新科技股份有限公司，合肥 230088
  3.延锋汽车智能安全系统有限责任公司，上海 201315
  4.华东理工大学承压系统与安全教育部重点实验室，上海 200237
- 作者简介：
  
  YANG Jie, E-mail: yangjie@usst.edu.cn
- 基金信息：
  
  国家自然科学基金项目(51975378;52375154;52311530067;52150710540)
- DOI：10.16579/j.issn.1001.9669.2025.04.007
  中图分类号： TH114;O346
- 收稿日期：2023-07-14，
  
  修回日期：2023-09-25，
  
  纸质出版日期：2025-04-15
- 稿件说明：
移动端阅览
杨杰，袁宏伟，郭国亮，等. 竖向和横向地震载荷对某1.5 MW风力机塔筒裂尖应变场的影响及其对比［J］.机械强度，2025，47（4）：54-62.

YANG Jie，YUAN Hongwei，GUO Guoliang，et al. Influence and comparison of vertical and horizontal earthquake loads on the crack tip strain field of a 1.5 MW wind turbine tower［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（4）：54-62.
杨杰，袁宏伟，郭国亮，等. 竖向和横向地震载荷对某1.5 MW风力机塔筒裂尖应变场的影响及其对比［J］.机械强度，2025，47（4）：54-62. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.04.007.

YANG Jie，YUAN Hongwei，GUO Guoliang，et al. Influence and comparison of vertical and horizontal earthquake loads on the crack tip strain field of a 1.5 MW wind turbine tower［J］. Journal of Mechanical Strength，2025，47（4）：54-62. DOI： 10.16579/j.issn.1001.9669.2025.04.007.

摘要

以含不同初始裂纹长度的某1.5 MW风力机塔筒为研究对象，对其分别施加竖向和横向地震载荷，每种地震载荷均包含4个地震烈度和3个实际地震震级。针对竖向和横向地震载荷对风力机塔筒裂尖应变场的影响进行研究与对比。结果表明，无论是在竖向还是在横向地震载荷下，随着地震烈度的增加，裂尖等效塑性应变面积均增加，但在横向地震载荷下，裂尖等效塑性应变面积增加更为快速。在Ⅵ和Ⅶ级地震烈度下，竖向地震载荷较横向地震载荷带来的影响更大；随着地震烈度的增加，在Ⅷ和Ⅸ级地震烈度下，横向地震载荷带来的影响急剧增加，远超过竖向地震载荷的影响。竖向实际地震载荷对裂尖等效塑性应变面积的影响与震级和地震加速度时程曲线有关，横向实际地震载荷对裂尖等效塑性应变面积的影响与地震加速度时程曲线有关。

Abstract

Taking a 1.5 MW wind turbine tower with different initial crack lengths as the research object

vertical and horizontal earthquake loads with four earthquake intensities and three actual earthquakes were applied

respectively. The influence of vertical and horizontal earthquake loads on the strain field at the crack tip of the wind turbine tower was studied and compared. The results indicate that both under vertical and horizontal earthquake loads

the equivalen plastic strain area at the crack tip increases with the increase of earthquake intensity

but under horizontal earthquake loads

the equivalent plastic strain area at the crack tip increases more rapidly. Under earthquake intensities of Ⅵ and Ⅶ

the impact of vertical earthquake loads is greater than that of horizontal earthquake loads. As the earthquake intensity increases

the impact of horizontal earthquake loads increases sharply under earthquake intensities of Ⅷ and Ⅸ

and far exceeding the impact of vertical earthquake loads. The impact of vertical actual earthquake load on the crack tip equivalent plastic strain area is related to the magnitude and earthquake acceleration time-history curve

while the impact of horizontal actual earthquake load on the crack tip equivalent plastic strain area is related to the earthquake acceleration time-history curve.

关键词

Keywords

references

李昊璋，刘苹元，王锦鸿，等 . 我国风电产业的发展现状分析及未来展望［J］. 机电信息， 2020 （ 21 ）： 91 - 94 .

LI Haozhang ， LIU Pingyuan ， WANG Jinhong ， et al . Current situation analysis and future prospect of wind power industry in China ［J］. Mechanical and Electrical Information ， 2020 （ 21 ）： 91 - 94 . （In Chinese）

陈阳 . 地震作用下风电塔塔筒结构动力响应分析［D］. 北京：北京科技大学， 2012 ： 18 - 19 .

CHEN Yang . Study on dynamic response of wind power tower structure under seismic wave ［D］. Beijing ： University of Science and Technology Beijing ， 2012 ： 18 - 19 . （In Chinese）

姚文凡 . 风力发电机结构振动监测与预警方法［D］. 哈尔滨：哈尔滨工业大学， 2017 ： 2 - 4 .

YAO Wenfan . Vibration monitoring and early warning method for wind turbine structure ［D］. Harbin ： Harbin Institute of Technology ， 2017 ： 2 - 4 . （In Chinese）

SARI A M ， FAKHRURROZI A . Earthquake hazard analysis methods：a review ［J］. IOP Conference Series：Earth and Environmental Science ， 2018 ， 118 ： 012044 .

周思雨，胡挺，余毫，等 . 1.5 MW某型现代风力机塔筒强度的有限元分析［J］. 电力科学与工程， 2021 ， 37 （ 1 ）： 62 - 71 .

ZHOU Siyu ， HU Ting ， YU Hao ， et al . Finite element analysis on the strength of 1.5 MW modern wind turbine tower ［J］. Electric Power Science and Engineering ， 2021 ， 37 （ 1 ）： 62 - 71 . （In Chinese）

谢俊举，温增平，高孟潭，等 . 2008年汶川地震近断层竖向与水平向地震动特征［J］. 地球物理学报， 2010 ， 53 （ 8 ）： 1796 - 1805 .

XIE Junju ， WEN Zengping ， GAO Mengtan ， et al . Characteristics of near-fault vertical and horizontal ground motion from the 2008 Wenchuan earthquake ［J］. Chinese Journal of Geophysics ， 2010 ， 53 （ 8 ）： 1796 - 1805 . （In Chinese）

唐时军 . 结构在竖向地震作用下的振动及其控制研究［D］. 长沙：湖南大学， 2007 ： 1 - 3 .

TANG Shijun . Research on structural vibration and control in vertical earthquake ［D］. Changsha ： Hunan University ， 2007 ： 1 - 3 . （In Chinese）

辛娅云 . 竖向地震作用的重要性［J］. 工程抗震与加固改造， 2005 ， 27 （增刊1 ）： 54 - 56 .

XIN Yayun . Importance of the vertical seismic effect ［J］. Earthquake Resistant Engineering and Retrofitting ， 2005 ， 27 （ Suppl.1 ）： 54 - 56 . （In Chinese）

荆洪阳，霍立兴，张玉凤 . 地震载荷下焊接接头断裂行为预测研究［J］. 机械工程学报， 2001 ， 37 （ 10 ）： 96 - 99 .

JING Hongyang ， HUO Lixing ， ZHANG Yufeng . Prediction of fracture behavior on earthquake loading for welded joints ［J］. Journal of Mechanical Engineering ， 2001 ， 37 （ 10 ）： 96 - 99 . （In Chinese）

祝磊，叶桢翔 . 风力发电机组的有限元分析及动力特性研究［J］. 特种结构， 2012 ， 29 （ 5 ）： 31 - 34 .

ZHU Lei ， YE Zhenxiang . Finite element analysis and dynamic characteristic study of wind turbine ［J］. Special Structures ， 2012 ， 29 （ 5 ）： 31 - 34 . （In Chinese）

SADOWSKI A J ， CAMARA A ， MALAGA-CHUQUITAYPE C ， et al . Seismic analysis of a tall metal wind turbine support tower with realistic geometric imperfections ［J］. Earthquake Engineering & Structural Dynamics ， 2017 ， 46 （ 2 ）： 201 - 219 .

何玉林，王磊，杜静，等 . 地震作用下的风电机组振动仿真分析［J］. 太阳能学报， 2012 ， 33 （ 2 ）： 179 - 184 .

HE Yulin ， WANG Lei ， DU Jing ， et al . Vibration simulation analysis of wind turbine under seismic load ［J］. Acta Energiae Solaris Sinica ， 2012 ， 33 （ 2 ）： 179 - 184 . （In Chinese）

ASAREH M A ， SCHONBERG W ， VOLZ J . Effects of seismic and aerodynamic load interaction on structural dynamic response of multi-megawatt utility scale horizontal axis wind turbines ［J］. Renewable Energy：An International Journal ， 2016 ， 86 ： 49 - 58 .

宋波，曾洁 . 风电塔非线性地震动力响应规律与极限值评价［J］. 北京科技大学学报， 2013 ， 35 （ 10 ）： 1382 - 1389 .

SONG Bo ， ZENG Jie . Nonlinear seismic dynamic response and critical value evaluation based on limit states of wind turbine tower structures ［J］. Journal of University of Science and Technology Beijing ， 2013 ， 35 （ 10 ）： 1382 - 1389 . （In Chinese）

袁宏伟，杨杰，崔巍，等 . 不同竖向地震载荷下52M镍基合金DMWJ断裂行为数值模拟［J］. 机械强度， 2022 ， 44 （ 6 ）： 1469 - 1475 .

YUAN Hongwei ， YANG Jie ， CUI Wei ， et al . Numerical simulation of fracture behavior for 52M nickel base alloy DMWJ under different vertical earthquake loads ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2022 ， 44 （ 6 ）： 1469 - 1475 . （In Chinese）

陈俊岭，李哲旭，舒文雅，等 . 不同应变率下Q345钢材力学性能试验研究［J］. 东南大学学报（自然科学版）， 2015 ， 45 （ 6 ）： 1145 - 1150 .

CHEN Junling ， LI Zhexu ， SHU Wenya ， et al . Experimental study on dynamic mechanical behavior of Q345 steel under different strain rates ［J］. Journal of Southeast University（Natural Science Edition）， 2015 ， 45 （ 6 ）： 1145 - 1150 . （In Chinese）

刘芳平，潘冬冬，刘灵，等 . 地震作用下风机塔筒结构动力响应分析［J］. 现代制造技术与装备， 2018 （ 8 ）： 34 - 35 .

LIU Fangping ， PAN Dongdong ， LIU Ling ， et al . Dynamic response analysis of fan tower structure under earthquake action ［J］. Modern Manufacturing Technology and Equipment ， 2018 （ 8 ）： 34 - 35 . （In Chinese）

IOANNIS P ， MARIA M . The environmental seismic intensity scale（ESI 2007） in Greece，addition of new events and its relationship with magnitude in Greece and the mediterranean； preliminary attenuation relationships ［J］. Quaternary International ， 2017 ， 451 ： 37 - 55 .

NGUYEN D D ， THUSA B ， HAN T ， et al . Identifying significant earthquake intensity measures for evaluating seismic damage and fragility of nuclear power plant structures ［J］. Nuclear Engineering and Technology ， 2020 ， 52 ： 192 - 205 .

李伟 . 地震烈度表宏观震害和地震动参数研究［D］. 哈尔滨：中国地震局工程力学研究所， 2012 ： 17 - 19 .

LI Wei . Research on macro seismic damages and ground motion parameters for seismic intensity scale ［D］. Harbin ： Institute of Engineering Mechanics，China Earthquake Administration ， 2012 ： 17 - 19 . （In Chinese）

杨璐，陈虹，岳永志，等 . 反应谱法与时程分析法抗震分析对比［J］. 沈阳工业大学学报， 2016 ， 38 （ 3 ）： 331 - 336 .

YANG Lu ， CHEN Hong ， YUE Yongzhi ， et al . Contrast in seismic analysis with response spectrum and time history analysis methods ［J］. Journal of Shenyang University of Technology ， 2016 ， 38 （ 3 ）： 331 - 336 . （In Chinese）

周利剑 . 水平地震激励下立式储罐与地基相互作用动力响应分析［D］. 哈尔滨：哈尔滨工程大学， 2006 ： 54 - 68 .

ZHOU Lijian . Earthquake response analysis of liquid storage tanks under lateral excitations with soil-structure interaction ［D］. Harbin ： Harbin Engineering University ， 2006 ： 54 - 68 . （In Chinese）

YANG J ， WANG G Z ， XUAN F Z ， et al . Unified characterisation of in-plane and out-of-plane constraint based on crack-tip equivalent plastic strain ［J］. Fatigue & Fracture of Engineering Material & Structures ， 2013 ， 36 （ 6 ）： 504 - 514 .

YANG J ， WANG G Z ， XUAN F Z ， et al . Unified correlation of in-plane and out-of-plane constraints with fracture toughness ［J］. Fatigue & Fracture of Engineering Materials & Structures ， 2014 ， 37 （ 2 ）： 132 - 145 .

杨杰，王雷 . 实际结构拘束相关断裂韧性的确定方法研究［J］. 机械强度， 2017 ， 39 （ 6 ）： 1438 - 1444 .

YANG Jie ， WANG Lei . Study on the determination method of constraint dependent fracture toughness of structure ［J］. Journal of Mechanical Strength ， 2017 ， 39 （ 6 ）： 1438 - 1444 . （In Chinese）

浏览量

下载量

CSCD

文章被引用时，请邮件提醒。

提交

工具集

关联资源

不同竖向地震载荷下核电主管道A508钢拘束相关断裂韧性研究