发展风电产业是我国实现碳达峰、碳中和的重要举措。面向风电支撑结构工程防灾减灾的重大需求，本书首先系统地总结了风电支撑结构韧性防灾方面的进展和未来发展方向，简要介绍了结构动力学分析软件和基础理论，开展了风?鄄浪?鄄震耦合条件下的混合试验研究，提出了一种新型随机子空间识别方法用于风电机组健康状态监测，研究了龙卷风等极端风况下的结构动力学响应特性，分析了地震设计反应谱、土?鄄结构相互作用和风?鄄震耦合的影响，最后基于被动、半主动和主动结构控制方法进行了风电支撑结构减载抑振研究。
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目录
第1章 绪论 1
1.1 风力发电现状 1
1.2 风力机结构和风电支撑结构简介 2
1.2.1 风力机结构 2
1.2.2 风电支撑结构 3
1.3 风电支撑结构工程防灾研究进展 6
1.3.1 风电支撑结构振动实测和健康监测 6
1.3.2 风电支撑结构抗风 8
1.3.3 风电支撑结构抗震 9
1.3.4 风电支撑结构振动控制 11
参考文献 18
第2章 风电支撑结构数值模拟及混合试验 27
2.1 风电支撑结构分析软件 27
2.1.1 通用有限元软件 27
2.1.2 风电机组耦合仿真软件 28
2.2 弹性边界条件风电支撑结构模态分析 30
2.3 基于神经网络的气动荷载代理模型 33
2.3.1 仿真和训练设置 34
2.3.2 气动力代理计算模型 35
2.3.3 瞬态空气动力学模型：LSTM网络 39
2.3.4 瞬态空气动力学模型：CNN 42
2.4 风电支撑结构混合试验技术 44
2.4.1 混合试验理论及结构工程应用 44
2.4.2 风力发电塔的混合试验 46
2.4.3 FAST和其他有限元软件的交互耦合分析 47
2.5 混合模拟软件平台开发 48
2.5.1 风电塔混合试验方法原理 48
2.5.2 软件平台开发 49
2.5.3 混合模拟软件平台的数值验证 52
2.5.4 Simulink-OpenFAST平台二次开发 53
2.5.5 Simulink-OpenFAST平台测试及验证 55
参考文献 57
第3章 风电支撑结构振动测试和健康诊断 61
3.1 风电支撑结构振动现场测试 61
3.1.1 振动测试结构介绍 61
3.1.2 接触式传感器振动实测 64
3.1.3 激光多普勒测振仪振动实测 66
3.1.4 微波干涉雷达振动实测 71
3.1.5 不同测试方式结果对比 74
3.2 风电塔健康监测及数据分析方法 80
3.2.1 改进随机子空间识别方法的开发 81
3.2.2 改进随机子空间识别方法在风电机组塔架上的应用 86
3.2.3 结构振动评估 89
3.3 风电支撑结构损伤状态数值模拟 91
3.3.1 风电平台模型介绍 91
3.3.2 结构损伤动力学仿真模型 92
3.3.3 结构损伤状态仿真及结果分析 94
3.4 基于深度学习算法的风电支撑结构损伤监测 97
3.4.1 结构损伤监测模型训练与验证 97
3.4.2 结构损伤程度及位置测试 100
参考文献 103
第4章 风电支撑结构抗风分析 106
4.1 风荷载及其特征 106
4.1.1 良态风 106
4.1.2 风荷载计算 107
4.1.3 脉动风模拟 109
4.1.4 台风 113
4.1.5 龙卷风 117
4.1.6 下击暴流 121
4.2 良态风作用下风电支撑结构荷载响应分析 125
4.2.1 结构基本参数 125
4.2.2 有限元模型 126
4.2.3 拟静力风振分析 129
4.2.4 风速时程模拟 132
4.2.5 风振响应时程分析 135
4.3 台风作用下风电支撑结构响应分析 136
4.3.1 风电塔有限元模型 137
4.3.2 台风荷载计算 138
4.3.3 台风作用下动力响应分析 139
4.4 龙卷风作用下风电支撑结构响应分析 141
4.4.1 翼型截面对龙卷风作用的影响 141
4.4.2 塔高对龙卷风作用的影响 144
4.4.3 风力机叶片对龙卷风作用的影响 146
4.4.4 临界龙卷风廓线 148
4.5 下击暴流作用下风电支撑结构响应分析 150
4.5.1 模型及工况 150
4.5.2 下击暴流分析 152
4.6 风电支撑结构在强风下的非线性时程分析和倒塌模拟 157
4.6.1 有限元模型和模态分析 157
4.6.2 风荷载模拟 159
4.6.3 不同入流方向下风电塔响应 162
4.6.4 风电塔屈曲和倒塌模式分析 164
4.7 海上风电支撑结构气动-水动载荷耦合分析 168
4.7.1 海上风电支撑结构模型和仿真工况 168
4.7.2 风浪联合作用下支撑结构动力响应特性 170
参考文献 172
第5章 风电支撑结构抗震分析 177
5.1 适用于风电支撑结构的设计反应谱 177
5.1.1 风电支撑结构反应谱修正方法 178
5.1.2 案例分析 184
5.2 风电支撑结构在地震作用下的动力响应 189
5.2.1 不同频谱特性地震动下风电塔破坏分析 189
5.2.2 不同频谱特性地震动下某风电塔响应振动台试验研究 195
5.2.3 考虑风力机运转工况的风电支撑结构地震响应分析 204
5.3 海上风电支撑结构风-浪-地震多物理场耦合动力分析 217
5.3.1 基于FAST的风电结构地震荷载计算方法 217
5.3.2 SAF开发及验证 220
5.3.3 地震强度及气动阻尼对风电结构动力学响应分析 222
5.3.4 土-结构耦合模型对海上风电结构地震动力响应影响分析 227
5.3.5 风-震耦合角对海上风电支撑结构地震动力响应影响分析 236
5.4 风电支撑结构在地震和风荷载作用下的失效概率评估 238
5.4.1 基本信息和有限元模型 238
5.4.2 地震危险性分析 239
5.4.3 风电塔抗震易损性分析 242
5.4.4 风危险性分析 246
5.4.5 风电塔抗风易损性分析 248
5.4.6 全概率下的对比讨论 251
参考文献 252
第6章 风电支撑结构减载抑振 256
6.1 风电支撑结构调谐减振 256
6.1.1 风电塔调谐减振技术的特点 256
6.1.2 调谐并联惯容质量系统 257
6.2 风电塔耗能减振 262
6.2.1 剪刀撑阻尼装置在风电塔中的减振优化设计 262
6.2.2 拉索式减振耗能方法研究 275
6.3 风电支撑结构半主动控制及振动控制对比 284
6.3.1 测试案例 284
6.3.2 采用磁流变阻尼器的半主动变阻尼控制器 285
6.3.3 基于SAIVS系统的半主动变弹簧控制器 287
6.3.4 参数优化 288
6.3.5 比较结果 288
6.4 海上10MW风电支撑结构振动控制及优化 292
6.4.1 海上10MW风电支撑结构模型 292
6.4.2 环境荷载 294
6.4.3 TMD控制参数优化及减振效果分析 297
参考文献 301
索引 304
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