《自立式薄壁鋼管結構耦合風致疲勞損傷評估與TMD控制》是依託蘇州科技大學，由陳鑫擔任項目負責人的青年科學基金項目。
基本介紹
- 中文名：自立式薄壁鋼管結構耦合風致疲勞損傷評估與TMD控制
- 項目類別：青年科學基金項目
- 項目負責人：陳鑫
- 依託單位：蘇州科技大學
項目摘要,結題摘要,
項目摘要
自立式薄壁鋼管結構由於其輕質、高強、高效等優點而廣泛套用於高聳基礎設施。由於對其風致疲勞損傷缺乏準確的評估方法和有效的控制手段，使得該類結構由於端板法蘭連線節點疲勞損傷而引發的倒塌事故時有發生。基於此，本項目的研究內容主要包括：（1）建立自立式薄壁鋼管結構順-橫風向耦合振動模型，揭示良態風和颶風環境下結構風振回響機理；（2）藉助常規疲勞試驗數據和應力轉換係數，構建等效結構應力S-N曲線，建立自立式薄壁鋼管結構風致應力分析的多尺度有限元模型，進而形成基於等效結構應力的多尺度疲勞評估方法；（3）提出適用於自立式薄壁鋼管結構的質量內置一體式調諧質量阻尼器（TMD），進而建立相應的風振控制分析理論，最終形成基於疲勞性能的TMD控制一體化設計理論與方法。研究結果可為該類結構的疲勞評估和減振設計提供理論參考。
結題摘要
超高、大長細比的自立式薄壁鋼管結構往往具有結構柔、質量輕、阻尼小等特點，對風荷載極其敏感，由風荷載導致的損傷乃至倒塌的屢見不鮮，因此本報告圍繞此類結構的風災評估方法與減振控制技術展開研究。首先，發展了用於自立式薄壁鋼管結構風荷載模擬的改進諧波疊加法，開展了自立式薄壁鋼管結構順、橫風向的風振回響分析；以此為基礎，結合橫風振動分析的升力振子法，構建了結構順-橫風向耦合風振動力學模型。隨後，建立了風力發電機塔架多尺度有限元模型，基於等效結構應力法和熱點應力法，結合Miner線性損傷累積準則，考慮風速、風向分布，開展了風力發電塔架節點焊接細節處的應力分布與疲勞壽命評估。提出了一體式孔隙耗能環形調諧質量阻尼器、環形TLD/TLCD和環形曲率相關形狀記憶合金阻尼減振裝置等減振器，並建立了其力學模型。最後，建立了結構減振體系動力方程，開展了自立式薄壁鋼管結構TMD、TLD和TLCD減振試驗，以此為基礎構建了自立式薄壁鋼管結構統一設計方法和多目標最佳化設計方法。研究結果表明，與實測數據和試驗結果的對比表明，本項目所建立的風振回響及減振控制分析方法和分析程式具有一定的精度，能夠用於自立式薄壁鋼管結構的風災評估與減振設計；試驗模型的阻尼比為0.0134，安裝TMD後結構等效阻尼比可達0.034，安裝TLD後結構等效阻尼比超過0.040，而安裝TLCD時結構等效阻尼比的均值僅為0.0267，安裝減振器後結構風振回響能夠有效衰減。
