.1354· 工程科学学报.第41卷，第10期 1000 2000 (a) (b) 800上 -X=1·X=2 1500 是 -4-X=3-X=4 600F 1000 400 电●●◆●◆-9。◆◆。◆。-。售-年一年。。●●●中 500 ■一X=5 200 ◆一X=6 了一0-■-■■-■■■-■增-■-0鲁-■■中 ▲一X=7 0.1 0.20.3 0.4 0.5 0.1 02 0.3 0.4 0.5 水平侧移.m 水平侧移.m 图3各土层不同深度P-y关系曲线.(a)粉砂层：(b)粉土层 Fig.3 P-y curves at different soil layer depths:(a)silty sand;(b)silty soil 采用ANSYS有限元分析软件建模，选取 结构上，利用Morison动水理论等效计算，采用 Combin239单元模拟桩-土接触，塔筒、桩基、法兰及 Mass21单元模拟.图4为不同冲刷深度下的计算模 叶片选取Beaml88单元模拟.塔筒内部采用法兰连 型示意图及结构细部模拟示意图.建模时，塔筒依 接，考虑到叶片扭转，其轮廓端部采用原型断面，其 据壁厚不同分为三段，筒径由3.07m逐渐增加到 余部分断面均简化为菱形，机舱采用部分施加密度 4.5m,壁厚变化范围18~50mm.模型材料选用 的方法以保证中心位置与实际相符，轮毂简化为一 Q345钢，材料的应力-应变关系采用钢材双线性模 柱体与半球体，采用Beam188单元与Solid95单元 型6].该模型把材料塑性阶段和强化阶段简化成一条 混合模拟.为计算简便，水简化为附加质量施加在 斜直线，塑性阶段的弹性模量为E/100,如图5所示 a 无冲刷结构 冲刷5m 冲刷10m 图4不同冲刷深度的计算模型示意图及细部模拟示意图.(a)不同冲刷深度计算模型示意图：(b)细部模拟示意图 Fig.4 Calculating models and detailed simulation sketches for different scouring depths:(a)calculation models of different scouring depths;(b) detailed simulation sketches 本文所研究的海上风电塔，结构的固有频率为 □E100 0.306Hz,周期较长.地震波依据波形长周期段的趋 势与规范谱的拟合程度选取，以保证结构的安全性 和时程分析的准确性].根据结构的自振特性，本 50 (压缩侧期 (拉伸侧 文选取Imperial Valley-O6地震波（加速度峰值为 218cm·s2),远场T1-Ⅲ-1日本海中部地震波（震 0 中距110km)和近场T2-Ⅲ-1兵库县南部地震波 (震中距30km),加速度反应谱曲线如图6所示. 0 3.2风电塔结构模态分析 应变e 图5钢材应力-应变曲线双线性模型 基于ANSYS软件内置的Block Lanczos法对结 构进行模态分析.以冲刷深度5m和10m为例与无 Fig.5 Bilinear model of stress-strain curve of steel 冲刷结构的振动特性比较，结果如表3，可见冲刷作工程科学学报,第 41 卷,第 10 期 图 3 各土层不同深度 P鄄鄄 y 关系曲线. (a)粉砂层;(b)粉土层 Fig. 3 P鄄鄄 y curves at different soil layer depths: (a) silty sand; (b) silty soil 采 用 ANSYS 有 限 元 分 析 软 件 建 模, 选 取 Combin39 单元模拟桩鄄鄄 土接触,塔筒、桩基、法兰及 叶片选取 Beam188 单元模拟. 塔筒内部采用法兰连 接,考虑到叶片扭转,其轮廓端部采用原型断面,其 余部分断面均简化为菱形,机舱采用部分施加密度 的方法以保证中心位置与实际相符,轮毂简化为一 柱体与半球体,采用 Beam188 单元与 Solid95 单元 混合模拟. 为计算简便,水简化为附加质量施加在 结构 上, 利 用 Morison 动 水 理 论 等 效 计 算, 采 用 Mass21 单元模拟. 图 4 为不同冲刷深度下的计算模 型示意图及结构细部模拟示意图. 建模时,塔筒依 据壁厚不同分为三段,筒径由 3郾 07 m 逐渐增加到 4郾 5 m,壁厚变化范围 18 ~ 50 mm. 模型材料选用 Q345 钢,材料的应力鄄鄄 应变关系采用钢材双线性模 型[16] . 该模型把材料塑性阶段和强化阶段简化成一条 斜直线,塑性阶段的弹性模量为 E/ 100,如图5 所示. 图 4 不同冲刷深度的计算模型示意图及细部模拟示意图 郾 (a)不同冲刷深度计算模型示意图;(b)细部模拟示意图 Fig. 4 Calculating models and detailed simulation sketches for different scouring depths: ( a) calculation models of different scouring depths; ( b) detailed simulation sketches 图 5 钢材应力鄄鄄应变曲线双线性模型 Fig. 5 Bilinear model of stress鄄鄄strain curve of steel 本文所研究的海上风电塔,结构的固有频率为 0郾 306 Hz,周期较长. 地震波依据波形长周期段的趋 势与规范谱的拟合程度选取,以保证结构的安全性 和时程分析的准确性[17] . 根据结构的自振特性,本 文选取 Imperial Valley鄄鄄 06 地震波(加速度峰值为 218 cm·s - 2 ),远场 T1鄄鄄芋鄄鄄1 日本海中部地震波(震 中距 110 km)和近场 T2鄄鄄 芋鄄鄄 1 兵库县南部地震波 (震中距 30 km),加速度反应谱曲线如图 6 所示. 3郾 2 风电塔结构模态分析 基于 ANSYS 软件内置的 Block Lanczos 法对结 构进行模态分析. 以冲刷深度 5 m 和 10 m 为例与无 冲刷结构的振动特性比较,结果如表 3,可见冲刷作 ·1354·