桩柱式海上风机结构地震响应分析方法与运行控制策略研究

结题报告
项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号：
    51909238
  • 项目类别：
    青年科学基金项目
  • 资助金额：
    24.5万
  • 负责人：
    李颖
  • 依托单位：
    浙江科技学院
  • 学科分类：
    E1101.海岸工程与海洋工程
  • 结题年份：
    2022
  • 批准年份：
    2019
  • 项目状态：
    已结题
  • 起止时间：
    2020-01-01 至2022-12-31

项目摘要

The key technical problem for the design and operation of offshore wind turbines in high seismic intensity region is the overall coupling analysis method and operation control strategy for offshore wind turbines under earthquakes. At present, the semi-integrated method is mostly adopted during the seismic response analysis for offshore wind turbine structures, completely ignoring the coupling effect among the rotor system, the control system and the supported system under earthquakes. The offshore wind turbine operation control strategies suitable for seismic combined conditions have not been proposed. The dynamic model test technique for the coupling effect between aeroelastic and hydrodynamic loads is also urgently needed. The combination analysis of theoretical analysis, numerical simulation and physical model experiment will be used in this project. Based on the pile-column offshore wind turbine, the fully coupled analysis method of the whole wind turbine structure under earthquakes is established, and the coupling mechanism and failure mode of offshore wind turbine structures under combined conditions are revealed. The multi-parameter control model (MIMO) of electromechanical system for the offshore wind turbine structure under seismic combined conditions is established, and the operation control strategies under different seismic combined conditions are proposed. The dynamic model experiment for the overall structure of the offshore wind turbine that meets the similarity of the aeroelastic-hydrodynamic-elastic joint is developed. The theoretical guidance is provided for the seismic design and safe operation of the pile-column offshore wind turbine structure in the high-intensity seismic zone, and the technical support is provided for the large-scale development of coastal wind power in China.
地震作用下海上风机结构整体耦合分析方法及运行控制策略是在地震高烈度区开展海上风机结构设计与安全稳定运行所面临的关键技术问题。现阶段海上风机结构地震反应分析多采用半整体方法，完全忽略地震作用下转子系统、控制系统与支撑系统之间的耦合效应，尚未提出适用于地震组合工况的海上风机运行控制策略，准确模拟气弹及水动荷载之间耦合效应的动力模型试验技术也亟待突破。本项目采用理论分析、数值模拟和物模实验相结合的方法，基于桩柱式海上风机建立地震作用下整体结构耦合分析方法，揭示地震及地震组合工况下海上风机结构耦合机理及失效模式；建立地震组合工况下的海上风机结构机电系统多参数MIMO控制模型，提出不同等级地震组合工况下的运行控制策略；开发满足气弹-水动-弹性联合相似的海上风机整体结构动力模型实验技术，为地震高烈度区桩柱式海上风机结构的抗震设计与安全运行提供理论指导，为我国大规模开发沿海地区风电提供技术支撑。

结项摘要

本项目重点围绕地震作用下海上风机结构整体耦合分析理论、海上风机结构运行控制策略以及海上风机整体结构动力模型试验技术开展研究，通过联合运用理论推导、数值仿真及模型试验等方法，取得了如下重要研究进展：（1）基于气动、水动、结构动力学和有限元理论，推导建立了地震、风、浪联合作用下海上风机结构耦合运动方程，基于等效耦合弹簧模型模拟了桩基础的柔性，基于上述理论，对时域耦合数值仿真工具进行了二次开发，构建了地震荷载模块和耦合桩-土模块，从而建立了地震、风、浪联合作用下海上风机整体耦合模型。（2）基于耦合数值仿真模型开展整体结构响应分析，揭示了不同桩-土相互作用等效边界条件对地震作用下海上风机结构安全控制指标的影响，如塔筒顶部位移和基底倾覆力矩等；同时揭示了风、浪环境荷载与海上风机结构之间的相互作用对海上风机结构耦合地震响应的影响，如三倍转子转动频率对于地震作用下正常运行海上风机结构塔顶位移的影响。（3）基于PI控制理论提出了适用于10MW级海上风电机组的基准SISO伺服控制器，依据结构被动减振控制理论，建立了包含伺服机电-结构被动减振联合控制策略的海上风机结构耦合计算模型；以海上风电机组平稳运行和整体结构安全为目标，提出了伺服机电-调谐质量阻尼器联合的MIMO运行控制策略，得到了适用于地震工况的叶片顺桨速率和多重调谐质量阻尼器设计参数。（4）提出了适用于海上风机整体结构动力模型试验的气动-水动-结构弹性响应联合相似准则，研发了适用于低Reynolds数试验风场的转子机舱组件物理试验模型；通过开展风、浪、地震作用下整体结构动力模型试验，揭示了海上风机结构耦合运动响应变化规律，同时以结构耦合运动响应控制率为评价指标，对所提出的被动调谐减振控制方案进行了试验验证。本项目相关研究成果为我国海上风能资源开发建设提供了技术支持。

项目成果

期刊论文数量（11）
专著数量（0）
科研奖励数量（1）
会议论文数量（2）
专利数量（3）
Analysis of the Dynamic Characteristics of the Top Flange Pile Driving Process of a Novel Monopile Foundation without a Transition Section
无过渡段新型单桩基础顶翼缘打桩过程动力特性分析
  • DOI：
    10.3390/su14105950
  • 发表时间：
    2022-05
  • 期刊：
    Sustainability
  • 影响因子：
    3.9
  • 作者：
    Ying Li;Jinghui Li;Wei Shi;Xin Li;Bin Wang
  • 通讯作者：
    Bin Wang
基于人工蜂群算法的海上风机TMD振动控制研究
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    2022
  • 期刊：
    大连理工大学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    卢东哲;王文华;李昕;韩付成;李颖
  • 通讯作者：
    李颖
Application of Converted Displacement for Modal Parameter Identification of Offshore Wind Turbines with High-Pile Foundation
位移换算在海上高桩基础风电机组模态参数识别中的应用
  • DOI：
    10.1007/s11802-022-4943-0
  • 发表时间：
    2022-11
  • 期刊：
    Journal of Ocean University of China
  • 影响因子：
    1.6
  • 作者：
    Ying Li;Bin Wang;Qiang Liu;Shan Gao;Sujie Lu
  • 通讯作者：
    Sujie Lu
Motion characteristics and aero-elastic responses of floating offshore wind turbine under coupling action of waves and winds
波浪风耦合作用下漂浮式海上风机运动特性及气动弹性响应
  • DOI：
    10.3389/fenvs.2022.965334
  • 发表时间：
    2022-08
  • 期刊：
    FRONTIERS IN ENVIRONMENTAL SCIENCE
  • 影响因子：
    4.6
  • 作者：
    Bin Wang;Ying Li;Shan Gao;Kanmin Shen;Zhenhong Hu;Xing Zheng
  • 通讯作者：
    Xing Zheng
Dynamic responses of monopile wind turbine with coupled spring boundaries in bed rock-soil-seawater offshore site under offshore ground motions
近海地震动作用下近海基岩-土壤-海水耦合弹簧边界单桩风力机动力响应
  • DOI：
    10.1016/j.soildyn.2022.107311
  • 发表时间：
    2022-07
  • 期刊：
    Soil Dynamics and Earthquake Engineering
  • 影响因子：
    4
  • 作者：
    Yingzhou Liu;Wenhua Wang;Wei Shi;Xin Li;Ying Li
  • 通讯作者：
    Ying Li

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其他文献

有监督学习的超声背散射方法在骨质评价中的应用
  • DOI：
    10.15949/j.cnki.0371-0025.2019.05.002
  • 发表时间：
    2019
  • 期刊：
    声学学报(中文版)
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    第五强强;李博艺;李颖;徐峰;刘成成;他得安
  • 通讯作者：
    他得安
Ganglioside GM3 exerts opposite effects on motility via epidermal growth factor receptor and hepatocyte growth factor receptor-mediated migration signaling
神经节苷脂 GM3 通过表皮生长因子受体和肝细胞生长因子受体介导的迁移信号对运动产生相反的影响
  • DOI：
    10.3892/mmr.2014.3087
  • 发表时间：
    2015
  • 期刊：
    MOLECULAR MEDICINE REPORTS
  • 影响因子：
    3.4
  • 作者：
    李颖
  • 通讯作者：
    李颖
基于深度学习的活体细胞有丝分裂检测方法
  • DOI：
    10.3788/aos202141.1511001
  • 发表时间：
    2021
  • 期刊：
    光学学报
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    柯宝生;李颖;任振波;邸江磊;赵建林
  • 通讯作者：
    赵建林
蚕丝-聚乳酸-羟基乙酸共聚物复合编织支架的力学性能及细胞相容性
  • DOI：
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  • 发表时间：
    2013
  • 期刊：
    中国组织工程研究
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    张文元;杨亚冬;李颖;张科技;房国坚;唐靓;李跃中;王晗;陆明旸
  • 通讯作者：
    陆明旸
基于小波分析的股市波动的多重分形辨识
  • DOI：
    --
  • 发表时间：
    --
  • 期刊：
    系统工程理论与实践
  • 影响因子：
    --
  • 作者：
    罗世华;周斌;李颖
  • 通讯作者：
    李颖

其他文献

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课题项目：调控A型流感病毒诱导IFN-β表达的机制研究

AI项目摘要：

本研究聚焦于TRIM2蛋白在A型流感病毒诱导的IFN-β表达中的调控机制。A型流感病毒是全球性健康问题，其感染可导致严重的呼吸道疾病。IFN-β作为关键的抗病毒因子，其表达水平对抗病毒防御至关重要。然而，TRIM2如何调控IFN-β的表达尚未明确。本研究假设TRIM2通过与病毒RNA或宿主因子相互作用，影响IFN-β的产生。我们将采用分子生物学、细胞生物学和免疫学方法，探索TRIM2与A型流感病毒诱导IFN-β表达的关系。预期结果将揭示TRIM2在抗病毒免疫反应中的作用，为开发新的抗病毒策略提供理论基础。该研究对理解宿主抗病毒机制具有重要科学意义，并可能对临床治疗流感病毒感染提供新的视角。

AI项目思路：

科学问题：TRIM2如何调控A型流感病毒诱导的IFN-β表达？
前期研究：已有研究表明TRIM2参与抗病毒反应，但其具体机制尚不明确。
研究创新点：本研究将深入探讨TRIM2在IFN-β表达中的直接作用机制。
技术路线：包括病毒学、分子生物学、细胞培养和免疫检测技术。
关键技术：TRIM2与病毒RNA的相互作用分析，IFN-β启动子活性检测。
实验模型：使用A型流感病毒感染的细胞模型进行研究。

AI技术路线图

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          A[研究起始] --> B[文献回顾与假设提出]
          B --> C[实验设计与方法学准备]
          C --> D[A型流感病毒感染模型建立]
          D --> E[TRIM2与病毒RNA相互作用分析]
          E --> F[TRIM2对IFN-β启动子活性的影响]
          F --> G[IFN-β表达水平测定]
          G --> H[TRIM2功能丧失与获得研究]
          H --> I[数据收集与分析]
          I --> J[结果解释与科学验证]
          J --> K[研究结论与未来方向]
          K --> L[研究结束]
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