能源是推动现代社会与人类文明向前发展的动力,随着化石能源的日益枯竭和环境污染问题的日益突出,新能源的开发和利用越发迫切。其中,风能作为绿色可再生能源的重要构成部分,凭借其资源储量大,来源丰富、安全可靠及温室气体零排放等特点,逐渐受到各国政府的重视与支持。我国风能资源相对丰富的东南沿海和“三北”地区位于地震多发地带,高耸的风力机塔架结构属于典型的顶部附有大集中质量的细长柔性弹性体的力学结构,相比传统建筑结构差异性较大,极易受到地震载荷影响。为此,本文采用NREL开源软件包作为计算平台,联合TurbSim、AeroDyn、FAST及Seismic,对不同风速、不同地震(波形、强度)和不同场地地震下风力机的结构动力学响应开展研究,并基于ABAQUS进行塔架模态和稳定性分析。本文主要研究内容和结论如下:1.基于8种不同风速,选取IEC Kaimal湍流风谱模型、幂律风廓线模型,通过TurbSim生成湍流风场;基于我国建筑抗震设计规范生成不同地震(波形、烈度和场地)反应谱;联合TurbSim、AeroDyn、FAST及Seismic模拟风力机在不同风载和不同地震作用下结构的动力学特性。2.研究不同地震波形对风力机结构响应的影响,发现:地震横波对风力机结构响应的影响较大,地震纵波对风力机结构响应影响很小,纵波可忽略不计;风力机水平方向结构响应相比竖向响应大的多,地震对风力机结构竖向的响应可忽略不计。同时发现风力机叶片主要受气动载荷的影响,地震对叶片影响较小;地震对塔架流向位移和侧向弯矩的影响与气动载荷相当,对塔架侧向位移和流向弯矩的影响相比气动载荷更大。3.基于GB50011-2010生成不同地震强度和不同场地土质的地震加速度反应谱,研究不同场地下风力机结构地震动力学响应规律,分析结果表明:同一地震强度下,场地Ⅰ、Ⅱ、Ⅲ和Ⅳ时的结构响应依次增大,Ⅳ场地时,风力机塔顶位移、机舱加速度、平台加速度和塔架弯矩响应值最大,即场地土体越软,结构响应越剧烈,受到的弯矩应力更大,且随着地震强度加强和风力机的大型化,不同场地结构响应差异性越大,且塔架弯矩随高度的变化规律愈发趋向线性化。4.通过ABAQUS建立有限元模型,进行塔架模态分析、稳定性分析和动力学分析。分析结果发现:塔架振动主要以摆动和弯曲振动为主;塔架一阶固有频率为0.290Hz,大于风轮的额定旋转频率0.202Hz,因此风轮旋转不会引起风力机塔架发生共振;不同载荷作用下塔架屈曲形式、屈曲位置和屈曲因子不同:风载荷作用下,塔架发生横向屈曲,屈曲位置位于塔架底部且随阶数增大而逐渐向上发展,屈曲因子较大;地震载荷作用下,塔架发生纵向屈曲,屈曲位置同样位于塔架底部且随阶数增大而逐渐向塔架中部发展,较风载荷发生屈曲区域相对更大,屈曲因子相对较小。基础平台与土体接触处出现较为明显的应力集中。