基于行程约束TMD/HMD的海上浮动风力机结构振动控制理论及实验研究

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项目介绍
AI项目解读

基本信息

  • 批准号:
    51675426
  • 项目类别:
    面上项目
  • 资助金额:
    62.0万
  • 负责人:
  • 依托单位:
  • 学科分类:
    E0503.机械动力学
  • 结题年份:
    2020
  • 批准年份:
    2016
  • 项目状态:
    已结题
  • 起止时间:
    2017-01-01 至2020-12-31

项目摘要

The offshore floating wind turbine generator system is a complex fluid-solid multi-body coupled system, in which the floating support platform adds 6-DOFs rigid motion and combined effects of wind and wave loads, and its dynamic couplings may lead to excessive vibrations and extreme fatigue loads in the blades, support structure, and even structural instability. The TMD (tuned mass damper) or HMD (hybrid mass damper) structural controlling technique is applied to vibration control of floating wind turbine structures, which has become one of the research hotspots in the fields of international floating wind turbine dynamics recently..Through our previous researches, due to the limited space in the nacelle or the platform of the floating wind turbine, the vibration control of floating wind turbine based on TMD or HMD is conditioned by the constraint problem of the stroke length of the TMD or HMD’s auxiliary mass which is a bottle-neck problem. In order to solve this problem, the main research topic for this project is to develop the structural vibration control theory and experimental techniques of the floating wind turbine based on TMD and HMD with their auxiliary masses stroke limited. First, the simplified coupled aero-hydro-structural-TMD/HMD controlled dynamics model of the Spar type floating wind turbine will be established based on Lagrange equation. Second, the nonlinear damper and stiffness position-limited control strategies will be proposed to limit the maximum stroke of the auxiliary mass and the mechanism about the position-limited control strategies will be also studied. Finally, new structural control methods will be investigated for floating wind turbine based on TMD and HMD under the position-limited control strategies, which will be reduce vibration responses and fatigue loads of the floating wind turbine. Research results will be extremely important for floating wind turbines, allowing for increased reliability and possibly lighter and cheaper structures.
海上浮动基风力机由于其浮动平台的刚体运动与风机结构振动的强耦合特性而导致的过大振动及极端载荷直接威胁风机结构的稳定性与安全性,利用TMD等结构控制技术抑制浮动风力机的过大耦合振动是近年来国际风机动力学领域的研究热点。申请人前期研究发现,由于机舱及浮动平台内空间有限,TMD/HMD控制器的辅助质量的行程受限问题是制约浮动基风力机结构主被动控制研究的瓶颈。本课题拟研究建立海上浮动风力机的气动-水动-结构-TMD/HMD控制相耦合的受控动力学简化模型,提出表征TMD/HMD行程约束特点的非线性限位策略及实现方法,揭示其对TMD/HMD控制及受控风机动力学特性的影响机理,并探索基于非线性限位约束TMD/HMD的浮动风力机结构主被动控制的新理论及新方法,发展海上浮动基风力机结构动力学控制基础理论及创新实验技术,为我国未来海上浮动基风力机的研制开发提供理论基础及技术储备。

结项摘要

在远深海强风大浪作用下,海上浮动风力机的浮式平台、塔架、叶片等构件将产生巨大的振动响应,严重影响结构的安全性与可靠性。因此,对海上浮动风力机进行振动主被动控制研究是当前的国际热点课题。本基金项目以Spar式浮动风力机为研究对象,从浮动风力机结构的振动规律、主被动控制方法及实验验证等方面进行了研究,完成主要研究内容及成果如下:(1)建立了14自由度(DOF)Spar式风力机的气动-水动-伺服控制-结构耦合的多体动力学模型,揭示了风力机浮式平台pitch运动和塔顶fore-aft挠度的耦合运动规律。发现由于叶片桨距角的影响,高风速作用下的平台pitch和塔顶fore-aft挠度与低风速的结果相差不大。(2)在浮式平台和机舱中安装具有调谐质量阻尼器(TMD)行程约束的新型被动控制装置抑制Spar式风力机的振动响应,研究了TMD系统的减振机制。仿真结果表明,平台TMD能有效降低pitch运动,机舱TMD可以减少塔顶fore-aft挠度;不同载荷工况下,TMD系统对平台pitch运动标准差的最大减振率可达39%,对塔顶fore-aft标准差的减振率约为53%。(3)开发了Spar式风力机气动-水动-伺服控制-结构-TMD-HMD主动控制程序,弥补了FAST程序只有TMD被动控制系统的不足。基于改进LQR算法、变增益H算法及自适应模糊控制理论设计了多种主动控制器,研究了各类控制器对浮动风力机振动的抑制效果。结果表明,不同工况下,H控制器对塔顶fore-aft的功率谱密度(PSD)峰值的减振率可达95%以上。(4)开创性地开展了TMD被动控制实验研究,研制了1:100的Spar式风力机缩尺模型及机舱TMD减振系统,验证了机舱TMD抑制塔顶fore-aft振动的原理。实验表明,机舱TMD系统对塔顶fore-aft振动的PSD峰值减振率可达80%。本项目研究加深了对海上浮动风力机复杂振动特性的了解,初步形成了TMD/HMD对海上浮动风力机振动控制的自主研发能力,推动了海上浮动风力机振动控制从理论研究到实际应用的转化,为我国海上浮动风力机振动控制技术提供了理论基础和技术储备。

项目成果

期刊论文数量(9)
专著数量(0)
科研奖励数量(0)
会议论文数量(1)
专利数量(0)
Active structural control of a floating wind turbine with a stroke-limited hybrid mass damper
带有行程限制混合质量阻尼器的浮动风力发电机的主动结构控制
  • DOI:
    10.1016/j.jsv.2017.08.050
  • 发表时间:
    2017-12
  • 期刊:
    Journal of Sound and Vibration
  • 影响因子:
    4.7
  • 作者:
    Yaqi Hu;Erming He
  • 通讯作者:
    Erming He
海上浮动式风力机水动力辐射载荷仿真的状态空间实现
  • DOI:
    --
  • 发表时间:
    2017
  • 期刊:
    西北工业大学学报
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    胡亚琪;贺尔铭;杨佳佳;肖文耀;姚文旭
  • 通讯作者:
    姚文旭
Similarity Model Development of Spar Floating Wind Turbine for Vibration Experimental Study
用于振动实验研究的翼梁式浮动风力发电机相似模型的建立
  • DOI:
    10.1088/1757-899x/926/1/012015
  • 发表时间:
    2020-09
  • 期刊:
    IOP Conference Series: Materials Science and Engineering
  • 影响因子:
    --
  • 作者:
    Huang W.Q;He E.M;Yang J.J
  • 通讯作者:
    Yang J.J
Coupled modeling and structural vibration control for floating offshore wind turbine
漂浮式海上风力发电机组耦合建模与结构振动控制
  • DOI:
    10.1016/j.renene.2020.05.075
  • 发表时间:
    2020-09
  • 期刊:
    Renewable Energy
  • 影响因子:
    8.7
  • 作者:
    J.J. Yang;E.M. He
  • 通讯作者:
    E.M. He
Dynamic modeling and vibration suppression for an offshore wind turbine with a tuned mass damper in floating platform
浮动平台中带有调谐质量阻尼器的海上风力发电机的动态建模和振动抑制
  • DOI:
    10.1016/j.apor.2018.08.021
  • 发表时间:
    2019-02
  • 期刊:
    Applied Ocean Research
  • 影响因子:
    4.3
  • 作者:
    J. Yang;E.M. He;Y.Q. Hu
  • 通讯作者:
    Y.Q. Hu

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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

        graph TD
          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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