基于BIM+FEA的风力发电机组塔筒结构性能研究

doi:10.19936/j.cnki.2096-8000.20250828.015

复合材料科学与工程 ›› 2025, Vol. 0 ›› Issue (8): 125-131.DOI: 10.19936/j.cnki.2096-8000.20250828.015

基于BIM+FEA的风力发电机组塔筒结构性能研究

王爱领¹, 赵英¹, 孙少楠^2*, 肖颖¹

1.郑州大学管理学院,郑州 450001;
2.华北水利水电大学水利学院,郑州 450046

收稿日期:2024-08-22 出版日期:2025-08-28 发布日期:2025-09-23
通讯作者: 孙少楠(1974—),男,博士,副教授,博士生导师,研究方向为可再生能源技术与发展、BIM技术与应用,ncwussn@163.com。
作者简介:王爱领(1976—),女,硕士,副教授,研究方向为可再生能源技术与发展、BIM技术与应用。

Structural performance research of wind turbine tower based on BIM+FEA

WANG Ailing¹, ZHAO Ying¹, SUN Shaonan^2*, XIAO Ying¹

1. School of Management, Zhengzhou University, Zhengzhou 450001, China;
2. School of Water Conservaney, North China University of Water Resources and Electric Power, Zhengzhou 450046, China

Received:2024-08-22 Online:2025-08-28 Published:2025-09-23

摘要/Abstract

摘要： 针对塔筒在复杂荷载作用以及不同工况下的结构响应问题,采用建筑信息模型(Building Information Modeling,BIM)+有限元分析(Finite Element Analysis,FEA)的方法,对某2 MW大型水平轴风力发电机组塔筒进行结构性能分析。首先参数化建立风力发电机组的BIM模型并对塔筒荷载进行分析计算,然后将塔筒BIM模型转换为有限元模型,最后在有限元软件ANSYS中对塔筒进行仿真分析。结果显示:塔筒最大应力出现在底部,塔筒顶部的位移最大。塔筒前六阶固有频率均不会与塔筒产生共振,且塔筒的固有频率随塔筒高度的增加而减小。随着塔筒顶部质量增加,塔筒的固有频率减小,塔筒顶部质量变化对塔筒的应力和顶部位移影响较小,对塔筒的固有频率影响较大。研究表明BIM+FEA方法能够为风力发电机组塔筒结构安全分析提供新思路,在风力发电机组塔筒的设计和运维中进行安全预警,为管理者决策提供有效数据信息。

关键词: 风力发电机组, 塔筒, 结构安全, FEA, BIM技术, 复合材料

Abstract: Aiming at the structural response of the tower under complex loads and different working conditions, the structural performance of a 2 MW large-scale horizontal-axis wind turbine tower is analyzed by adopting the method of building information modeling(BIM)+finite element analysis(FEA). Firstly, the BIM model of wind turbine is parametrically established and the tower load is analyzed and calculated, then the tower BIM model is converted to finite element model, and finally the tower is simulated and analyzed in finite element software ANSYS. The results show that the maximum stress of the tower occurs at the bottom and the maximum displacement at the top of the tower. The first six orders of the tower’s intrinsic frequency do not resonate with the tower, and the intrinsic frequency of the tower decreases with the increase of the tower height. The intrinsic frequency of the tower decreases with the increase of the top mass of the tower, and the change of the top mass of the tower has less effect on the stress and top displacement of the tower and more effect on the intrinsic frequency of the tower. The research show that the BIM+FEA method can provide new ideas for the structural safety analysis of wind turbine towers, which can provide safety warning in the design and operation and maintenance of wind turbine towers, and provide effective data and information for managers’ decision-making.

Key words: wind turbine, tower, structural safety, FEA, BIM technology, composites

中图分类号:

TB332

王爱领, 赵英, 孙少楠, 肖颖. 基于BIM+FEA的风力发电机组塔筒结构性能研究[J]. 复合材料科学与工程, 2025, 0(8): 125-131.

WANG Ailing, ZHAO Ying, SUN Shaonan, XIAO Ying. Structural performance research of wind turbine tower based on BIM+FEA[J]. COMPOSITES SCIENCE AND ENGINEERING, 2025, 0(8): 125-131.

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基于BIM+FEA的风力发电机组塔筒结构性能研究

Structural performance research of wind turbine tower based on BIM+FEA

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