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塔架作为风力发电机的主要支撑结构,其力学特性直接影响到风力发电机的工作性能,随着风力发电机的大型化发展趋势,对塔架承载能力的要求越来越高。传统钢筒塔架在设计时为了提高承载能力通常将底部壁厚和直径增大,这会引起钢筒加工困难以及运输高度超限问题。而装配式钢-混凝土混合塔架结合了钢和混凝土各自的优势,在一定程度上解决了上述问题,为此受到风电行业的广泛关注。本文基于ABAQUS有限元软件对混合塔架进行了承载能力分析,并结合ISIGHT软件对混合塔架进行了优化设计。1、以某2MW风力发电机混合塔架为模型进行分析,混凝土与钢之间采用无粘结预应力筋加法兰盘的方式装配连接。选取了正常发电、切出风速和极端停机三种工况进行塔架力学性能研究。计算了三种工况下的塔架荷载,并分别对钢塔段和预应力混凝土塔段进行承载能力验算。2、基于ABAQUS分析了塔架的自振频率和振型,研究了三种工况下塔架的静力响应、稳定性和极限承载力。采用弧长法对塔架破坏过程进行分析,取钢屈曲荷载因子、混凝土受拉和受压荷载因子中的最小值作为塔架极限荷载因子,从而确定塔架的破坏控制因素及破坏模式。3、分析了混凝土塔段高度、预应力大小以及钢塔段壁厚对塔架承载能力的影响。研究表明,在一定范围内增加混凝土段高度、预应力以及钢塔段壁厚可以提高塔架承载能力,并改变塔架的破坏模式。4、采用Python语言进行参数化建模,并结合ISIGHT软件采用多岛遗传算法对混合塔架进行优化,以塔架成本为目标,以塔架强度、刚度、稳定性和自振频率等为约束条件。优化后的塔架比原塔架成本降低了11.6%,塔架承载能力降低了7.6%,塔架的破坏模式由钢屈曲破坏变为混凝土受拉破坏。