(19)国家知识产权局 (12)发明 专利申请 (10)申请公布号 (43)申请公布日 (21)申请 号 202211179854.1 (22)申请日 2022.09.27 (71)申请人 上海电机学院 地址 200240 上海市闵行区江川路690号 (72)发明人 代元军　蔡昊燃　王聪　李保华　 石坤举　 (74)专利代理 机构 上海伯瑞杰知识产权代理有 限公司 312 27 专利代理师 孟旭彤 (51)Int.Cl. G06F 30/23(2020.01) G06F 113/06(2020.01) G06F 119/14(2020.01) (54)发明名称 一种随机风载荷下风力机动力响应分析方 法 (57)摘要 本发明提供一种随机风载荷下风力机动力 响应分析方法， 所述方法包括： 在MATLAB仿真平 台下建立随机风速场模型； 整机动力学建模； 通 过有限元仿真建立有限元模型， 进行动态响应的 求解计算； 考虑风轮与塔架的耦合关系， 进行耦 合计算求解。 本发明随机风载荷下风力机动力响 应分析方法通过计算动态响应得到叶片改型对 风轮与塔架的影 响规律， 使风力机动力学研究更 加完善。 权利要求书2页 说明书6页 附图3页 CN 115544830 A 2022.12.30 CN 115544830 A 1.一种随机风载荷下风力机动力响应分析 方法， 其特 征在于， 所述方法包括以下步骤： 在MATLAB仿真平台下建立随机风速场模型； 整机动力学建模； 通过有限元仿真 建立有限元模型， 进行动态响应的求 解计算； 考虑风轮与塔架的耦合关系， 进行耦合计算 求解。 2.根据权利要求1所述的随机风载荷下风力 机动力响应分析方法， 其特征在于， 所述在 MATLAB仿真平台下建立随机风速场模型的步骤具体包括： 步骤1： 建立平均风速场； 步骤2： 建立脉动风速功率谱； 步骤3： 通过谐波叠加法建立 风力机脉动风场。 3.根据权利要求2所述的随机风载荷下风力 机动力响应分析方法， 其特征在于， 所述建 立平均风速场具体包括： 风场中某一点的风速由平均风速与湍流风速组成， 对于三 维风场， 任意一点的风速为： 式中： 为平均风速， u(x,y,z,t)， v (x,y,z,t)， z(x,y,z,t)为湍流 风速在三个方向的投影。 4.根据权利要求2所述的随机风载荷下风力 机动力响应分析方法， 其特征在于， 所述建 立脉动风速功率谱具体包括： 选用Kaimal谱进行模拟， 顺风向Kaimal谱密度函数为： 式中： K＝0.4。 5.根据权利要求2所述的随机风载荷下风力 机动力响应分析方法， 其特征在于， 所述通 过谐波叠加法建立风力机脉动风场具体包括： 把湍流速度的频率宽度分为n等份， 每等份的 长度为： Δf＝(f2‑f1)/n 式中， fm＝f1+(m‑0.5)*Δf， m＝1,2. ..n 对Sm(fm)进行C holesky分解， 得到下三角矩阵Hm： Sm(fm)＝Hm·HmT权　利　要　求　书 1/2 页 2 CN 115544830 A 2产生N个随机角度 θ n， θ n在[0～ 2 π ]上均匀分布。 6.根据权利要求5所述的随机风载荷下风力 机动力响应分析方法， 其特征在于， 所述通 过谐波叠加法建立 风力机脉动风场具体还 包括： 利用随机角度 θ n构建对角矩阵Xm： fm下每个点的离 散傅里叶变换值 为： Vm＝Hm·Xm·I 式中： I为n×1的单位矩阵， 构造一个n ×n的矩阵： V＝|V1·V2…Vm…VM| 矩阵V中第j行则代 表j点的离 散傅里叶变换值。 7.根据权利要求1所述的随机风载荷下风力 机动力响应分析方法， 其特征在于， 所述整 机动力学建模的步骤具体包括： 基于模态叠加法对动力学响应进行计算， 振动的基本运动方程 为： 式中： M、 C、 K分别为系统的质量、 阻尼、 刚度矩阵， y(t)分别为加速度、 速 度、 位移向量， P(t)为载荷向量； 通过对模态分析得到的振型乘上因子后 求和来计算结构的响应， 在求解每个单自由度 方程的位移分量后相加得到最后的解： 8.根据权利要求1所述的随机风载荷下风力 机动力响应分析方法， 其特征在于， 所述通 过有限元仿真 建立有限元模型， 进行动态响应的求 解计算的步骤具体包括： 考虑耦合作用对风力机的影响， 建立 三种不同有限元模型； 进行气动载荷求 解， 输出风力机在随机风速下的气动载荷； 动态响应仿真， 基于模态叠加法获取风轮与塔架的最大位移与最大应力曲线。权　利　要　求　书 2/2 页 3 CN 115544830 A 3