【正文】 體動(dòng)力學(xué)分析ANSYS的流體動(dòng)力學(xué)分析可用來解決二維、三維流體動(dòng)力場(chǎng)問題，可以進(jìn)行傳熱或絕熱、層流或湍流、壓縮或不可壓縮等問題的研究。壓電分析用于分析二維或三維結(jié)構(gòu)對(duì)交流、直流或任意隨時(shí)間變化的電流或機(jī)械載荷的響應(yīng)，這種分析類型可用于換熱器、振蕩器、諧振器、麥克風(fēng)等部件及其他電子設(shè)備的結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)性能分析，包括靜態(tài)分析、模態(tài)分析、諧波響應(yīng)分析和瞬態(tài)響應(yīng)分析。 多物理場(chǎng)耦合分析考慮兩個(gè)或多個(gè)物理場(chǎng)之間的相互作用。例如在壓電分析中，需要同時(shí)求解電壓分布（電廠分析）和應(yīng)變（結(jié)構(gòu)分析）。 優(yōu)化設(shè)計(jì)優(yōu)化設(shè)計(jì)是一種尋找確定最優(yōu)方案的技術(shù)，設(shè)計(jì)方案的任何方面都是可以優(yōu)化的，如尺寸（厚度）、形狀（如過渡圓角的大小）、支撐位置、制造費(fèi)用、自然頻率和材料特性等。 拓?fù)鋬?yōu)化拓?fù)鋬?yōu)化是指形狀優(yōu)化，也稱為外形優(yōu)化。用戶只需要給出結(jié)構(gòu)的參數(shù)（材料特性、模型和載荷等）和要省去的材料百分比，程序即自動(dòng)進(jìn)行優(yōu)化。單元生死選項(xiàng)用于在這種情況下殺死或重新激活單元，該功能主要用于鉆孔（如開礦和挖隧道等）、建筑物施工過程（如橋梁的建筑過程）及順序組裝（如分層的計(jì)算機(jī)芯片組裝）等。 截至2009年底，中國國家氣象局公布了一項(xiàng)新風(fēng)評(píng)，該風(fēng)評(píng)建立在50米高的測(cè)量基礎(chǔ)上。2005~，占清潔能源總投資的71%。哥本哈根氣候大會(huì)后，風(fēng)電已成為中國大陸實(shí)現(xiàn)節(jié)能減排目標(biāo)的主力軍。累計(jì)裝機(jī)容量達(dá)到2580萬千瓦，總裝機(jī)容量是2008年（ GW）的兩倍之多，超過德國，位列全球第二，僅次于美。其中，內(nèi)蒙古自治區(qū)累計(jì)裝機(jī)容量920萬千瓦，河北省278萬千瓦，遼寧省242萬千瓦，吉林省201萬千瓦。 2009年，我國繼續(xù)保持風(fēng)電設(shè)備生產(chǎn)和風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)快速發(fā)展的強(qiáng)勁勢(shì)頭。、%，%，連續(xù)第四年翻番。 科技部于2010年10月4日發(fā)布的《中國2010發(fā)展中的清潔能源科技》報(bào)告稱，中國將風(fēng)力發(fā)電作為調(diào)整能源結(jié)構(gòu)，應(yīng)對(duì)氣候變化的主要替代能源之一。下一步，中國將針對(duì)萬兆瓦級(jí)特大型風(fēng)電場(chǎng)建設(shè)，重點(diǎn)解決5兆瓦以上級(jí)別海上風(fēng)電機(jī)組整機(jī)設(shè)計(jì)技術(shù)和關(guān)鍵零部件設(shè)計(jì)制造和并網(wǎng)輸配技術(shù)，并在大型風(fēng)電場(chǎng)運(yùn)營效率、裝備維護(hù)技術(shù)方面取得突破。 “2010年中美風(fēng)電發(fā)展誰更給力”論壇顯示，中國成為全球最大風(fēng)電裝機(jī)國，截至2010年底，中國全年風(fēng)力發(fā)電新增裝機(jī)達(dá)1600萬千瓦，首次超過美國，躍居世界第一。2009年，中國以2580萬千瓦的總累計(jì)裝機(jī)容量超過德國，成為世界第二，但與排名第一的美國仍有近1000萬千瓦的差距。而美國新增容量僅為500萬千瓦左右。據(jù)《中國風(fēng)電發(fā)展報(bào)告2010》預(yù)測(cè)，相當(dāng)于13個(gè)三峽電站；總發(fā)電量可以達(dá)到4649億千瓦時(shí)，相當(dāng)于取代200個(gè)火電廠。中國可再生能源工業(yè)協(xié)會(huì)表示，2010年中國設(shè)置了16GW風(fēng)力發(fā)電能力，比上年增加62%。據(jù)全球風(fēng)能理事會(huì)的統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)，相對(duì)比較，2010年美國總設(shè)置風(fēng)力發(fā)電能力增加約5GW。中國正在提高風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)的并網(wǎng)能力，目標(biāo)是到2015年使風(fēng)力發(fā)電并網(wǎng)能力達(dá)90GW。國家能源局提出，2011年繼續(xù)推進(jìn)大型風(fēng)電基地建設(shè)，計(jì)劃開工建設(shè)酒泉二期500萬千瓦、新疆哈密200萬千瓦、內(nèi)蒙古開魯200萬千瓦等項(xiàng)目，爭取并網(wǎng)風(fēng)機(jī)累計(jì)達(dá)5500萬千瓦。六個(gè)地區(qū)以及各自的風(fēng)電目標(biāo)分別為： ? 新疆的哈密（ GW） ? 內(nèi)蒙古（內(nèi)蒙古東部 20 GW；內(nèi)蒙古西部 37 GW） ? 甘肅酒泉（ GW，此目標(biāo)開始于2009年八月份） ? 河北（北部地區(qū)和沿海地區(qū)14 GW） ? 吉林 （23 GW） ? 江蘇 （海上3 GW 陸地7 GW）此“風(fēng)電基地” GW的風(fēng)力發(fā)電場(chǎng)，該計(jì)劃目前正在順利進(jìn)行當(dāng)中，其中一些省市已開始動(dòng)工。根據(jù)大陸各省規(guī)劃初步成果，至2015年，上海、江蘇、浙江、山東等地將具備海上風(fēng)電裝機(jī)潛力1500萬千瓦，至2020年將達(dá)3500萬千瓦。 綠色和平組織（Greenpeace）和全球風(fēng)能理事會(huì)(GWEC)與中國可再生能源產(chǎn)業(yè)協(xié)會(huì)（Chinese Renewable Energy Industries Association，CREIA）于2010年10月13日發(fā)布“中國風(fēng)電展望2010”報(bào)告，認(rèn)為中國風(fēng)力發(fā)電設(shè)置能力到2020年將達(dá)到230GW。在總能力方面，中國位居第二。中國的風(fēng)電發(fā)展速度顯著，在2005年，只有一家中國公司躋身于世界前15家風(fēng)電設(shè)備制造商，而目前已達(dá)到5家。這預(yù)計(jì)的230GW風(fēng)能將等于三峽大壩能力的13倍，有能力可取代200座燃煤火電廠發(fā)出的電力。 設(shè)計(jì)課題 概 述 此風(fēng)力發(fā)電塔模型主體采用自立式塔架結(jié)構(gòu)。由于綜合應(yīng)用了剛性構(gòu)件抗彎抗壓剛度高，從而自立式塔架結(jié)構(gòu)可以做到結(jié)構(gòu)自重相對(duì)較輕，體系的剛度和形狀穩(wěn)定性相對(duì)較好，承受荷載的能力比較強(qiáng)等特點(diǎn)。該模型充分體現(xiàn)了“創(chuàng)新、輕巧、實(shí)用”的時(shí)代趨勢(shì)，且結(jié)構(gòu)嚴(yán)謹(jǐn)，材料得到充分的利用，較好地實(shí)現(xiàn)了承載能力合理發(fā)揮，材料消耗恰到好處的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)原則。塔身為主要結(jié)構(gòu)：塔身高800mm，該結(jié)構(gòu)水平截面為三角形，迎風(fēng)面為梯形，上底等邊三角形邊長為150mm，下底等邊三角形邊長300mm，該結(jié)構(gòu)由兩種截面（6mm6mm，6mm2mm）的木質(zhì)桿件組成。 模型以150mm150mm，等效為發(fā)電機(jī)的實(shí)體結(jié)構(gòu)。 第二章 理論知識(shí) 振動(dòng)現(xiàn)象是機(jī)械結(jié)構(gòu)常遇到的問題之一。然而結(jié)構(gòu)本身具有某種程度的剛度，故其自然振動(dòng)頻率及模態(tài)是機(jī)械設(shè)計(jì)必須了解的特性之一。模態(tài)分析主要用于決定結(jié)構(gòu)的固有頻率和振型，這是結(jié)構(gòu)受動(dòng)態(tài)載荷結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中的重要參數(shù)。當(dāng)結(jié)構(gòu)受到某種外界干擾后會(huì)產(chǎn)生位移或速度，但外界干擾消失后結(jié)構(gòu)將在平衡位置附近繼續(xù)振動(dòng)，這種振動(dòng)稱為結(jié)構(gòu)的自由振動(dòng)。任何物體都有其固有的頻率，與剛度和質(zhì)量有關(guān)，如果以相同頻率的外力激振會(huì)產(chǎn)生共振。共振的危害在于它使振幅變的特別大，假如超過物體的承受能力那物體就要解裂了。模態(tài)分析提供了研究各種實(shí)際結(jié)構(gòu)振動(dòng)的一條有效途徑。用模態(tài)分析理論通過對(duì)試驗(yàn)導(dǎo)納函數(shù)的曲線擬合，識(shí)別出結(jié)構(gòu)物的模態(tài)參數(shù)，從而建立起結(jié)構(gòu)物的模態(tài)模型。近十多年來，由于計(jì)算機(jī)技術(shù)、FFT分析儀、高速數(shù)據(jù)采集系統(tǒng)以及振動(dòng)傳感器、激勵(lì)器等技術(shù)的發(fā)展，試驗(yàn)?zāi)B(tài)分析得到了很快的發(fā)展，受到了機(jī)械、電力、建筑、水利、航空、航天等許多產(chǎn)業(yè)部門的高度重視。在各種各樣的模態(tài)分析方法中，大致均可分為四個(gè)基本過程：動(dòng)態(tài)數(shù)據(jù)的采集及頻響函數(shù)或脈沖響應(yīng)函數(shù)分析激勵(lì)方法。激勵(lì)方法不同，相應(yīng)識(shí)別方法也不同。以輸入力的信號(hào)特征還可分為正弦慢掃描、正弦快掃描、穩(wěn)態(tài)隨機(jī)（包括白噪聲、寬帶噪聲或偽隨機(jī)）、瞬態(tài)激勵(lì)（包括隨機(jī)脈沖激勵(lì)）等。SISO方法要求同時(shí)高速采集輸入與輸出兩個(gè)點(diǎn)的信號(hào)，用不斷移動(dòng)激勵(lì)點(diǎn)位置或響應(yīng)點(diǎn)位置的辦法取得振形數(shù)據(jù)。時(shí)域或頻域信號(hào)處理。建立結(jié)構(gòu)數(shù)學(xué)模型 根據(jù)已知條件，建立一種描述結(jié)構(gòu)狀態(tài)及特性的模型，作為計(jì)算及識(shí)別參數(shù)依據(jù)。由于采用的識(shí)別方法不同，也分為頻域建模和時(shí)域建模。參數(shù)識(shí)別 按識(shí)別域的不同可分為頻域法、時(shí)域法和混合域法，后者是指在時(shí)域識(shí)別復(fù)特征值，再回到頻域中識(shí)別振型，激勵(lì)方式不同（SISO、SIMO、MIMO），相應(yīng)的參數(shù)識(shí)別方法也不盡相同。 對(duì)于目前能夠進(jìn)行的大多數(shù)不是十分復(fù)雜的結(jié)構(gòu)，只要取得了可靠的頻響數(shù)據(jù)，即使用較簡單的識(shí)別方法也可能獲得良好的模態(tài)參數(shù)；反之，即使用最復(fù)雜的數(shù)學(xué)模型、最高級(jí)的擬合方法，如果頻響測(cè)量數(shù)據(jù)不可靠，則識(shí)別的結(jié)果一定不會(huì)理想。由于結(jié)構(gòu)復(fù)雜，由許多自由度組成的振形也相當(dāng)復(fù)雜，必須采用動(dòng)畫的方法，將放大了的振形疊加到原始的幾何形狀上。而支持這個(gè)過程的除了激振拾振裝置、雙通道FFT分析儀、臺(tái)式或便攜式計(jì)算機(jī)等硬件外，還要有一個(gè)完善的模態(tài)分析軟件包。模態(tài)是機(jī)械結(jié)構(gòu)的固有振動(dòng)特性，每一個(gè)模態(tài)具有特定的固有頻率、阻尼比和模態(tài)振型。進(jìn)行歸一化以后，稱為主振型（模態(tài)振型、模態(tài)矢量或模態(tài)），即為固有振型，此時(shí)為實(shí)矢量 將個(gè)特征矢量按列排成階陣可得系統(tǒng)的特征矢量矩陣此時(shí)特征矢量為模態(tài)矢量或模態(tài)矩陣，即為模態(tài)振型。本設(shè)計(jì)將塔架劃分為五節(jié)。根據(jù)力矩平衡可得方程如下: （26） （27） （28） （29） （210）將式（26）至（210）寫成矩陣形式： （211） （212）上述矩陣方程中，質(zhì)量矩陣為對(duì)角振，剛度矩陣為對(duì)角陣。對(duì)于五個(gè)自由度的矩陣系統(tǒng)，將有五個(gè)固有頻率和五個(gè)固有振型。方程（212）的通解形式為： （213）那么： （214） （215）同理： （216） （217） （2