SGS推出混塔一體化非線性動力學評估方案 全面確保風電混塔安全

隨著陸上風機朝著更大容量、更高塔架方向加速邁進，10MW 級機組已成為主流，塔架高度更是突破160米、向185米級別攀升。在這一趨勢下，混塔式結構憑借“下部混凝土段強剛度+上部鋼筒段高柔性” 的復合優勢，成功解決了傳統全鋼塔成本過高、全混凝土塔運輸安裝困難的痛點，成為支撐大功率機組的核心選擇。

超高混塔式風電機組動力學分析研究仍處于起步階段，超高混塔式風電機組的力學性能具有獨特的復雜特征。

傳統混塔設計的局限性
目前混塔工程計算方法和有限元計算方法較為常用，但這兩種方法具有一定的局限性:
無法完整考慮非線性特性
規設計復核多基于線性假設，忽略材料非線性（混凝土開裂、鋼材屈服）、幾何非線性及邊界非線性
實際工程中，這些非線性效應會顯著影響塔架動力響應，極端風速下可能導致應力超限或位移放大，常規復核易低估風險。
缺乏全系統耦合分析能力
常規方法多采用部件獨立分析或擬靜力分析，未考慮槳葉-伺服控制-塔架的全耦合特征，忽略氣動荷載與結構響應的動態相互作用。
混塔作為機電-土木綜合體，伺服控制策略（變槳、偏航）與結構動力學行為緊密關聯，常規復核難以反映這種耦合效應，導致計算結果偏差。
建模效率與精細化不足
常規建模依賴手動操作，塔架結構復雜（多節段、布筋復雜）時，調整設計參數或優化方案的效率極低，難以適應快速迭代需求。
無法實現精細化建模，難以考慮預應力損失、施工缺陷（缺膠、錯臺）等細節，而這些因素對混塔長期可靠性影響顯著。
工況覆蓋與校核精度有限
常規復核多針對單一或少數工況，難以覆蓋 IEC 標準規定的全工況（如極端湍流、故障停機、地震等），易遺漏關鍵風險場景。
缺乏多保真度模型支持，無法根據設計階段（初步設計、優化設計）靈活調整精度，要么精度不足（難以支撐失效模式識別），要么耗時過長（不適用于大規模驗算）。
對工程實際需求適配性差
常規復核未形成 “設計 - 校核 - 優化” 的閉環流程，難以結合機器學習等技術實現設計變量與性能指標的關聯分析，優化效率低。
無法有效支撐水平位移角限值確定、疲勞壽命評估、倒塔事故溯源等實際工程問題，而這些正是保障混塔安全運行的關鍵。

SGS專家團隊提出的一體化非線性動力學設計方法，可有效解決傳統設計方法的不足
團隊構建“分離式設計+一體化校核”的閉環體系，通過Python 編程實現工程算法自動化，大幅縮短設計周期并降低人為誤差；參數化有限元建模技術可動態調整壁厚、材料屬性等關鍵參數，實現設計方案的快速迭代優化；多體動力學與有限元聯合仿真的高保真度模型，精準捕捉材料、幾何、邊界非線性特征及氣動-結構耦合效應，提升復雜工況下動力學響應分析的準確性與可靠性。

 
從技術驗證來看，中保真度（Simpack+Matlab/Simulink+OpenSees）與高保真度（Simpack+Abaqus）聯合仿真模型，經與國際主流分析工具OpenFAST對比，動力響應誤差控制在2%以內，既保證了分析精度，又實現了計算效率的靈活適配。在極端風速、地震等復雜工況下，該方法能全面覆蓋極限、疲勞、故障等各類荷載場景，為結構安全提供全生命周期保障。

針對非線性特性影響，通過耦合模型精準模擬材料非線性與幾何非線性效應，為極端風速條件下的結構設計提供科學依據；基于動力學分析的結構優化，使過渡段應力分布更均勻，混凝土剛度衰減顯著減緩；創新提出的水平位移角限值可靠度確定方法，填補了行業標準空白，為結構安全性評估提供關鍵指標

典型技術應用
基于動力學分析的結構優化
通過一體化非線性動力學設計方法，可在確保結構穩定性的基礎上，優化塔架結構，實現設計合理性與綜合成本的平衡。

疲勞壽命評估
一體化非線性動力學分析，通過考慮各種工況和外部環境的影響，能夠更有效地評估混塔疲勞壽命。

混塔缺陷影響分析
通過一體化仿真和對缺陷的模擬，可以分析特定缺陷對混塔的影響，并復原/推測缺陷發展。這種方法為缺陷分析和事故調查提供了理論基礎。

選擇SGS混塔服務的優勢
■ 專業團隊配置
SGS具有豐富的混凝土檢測人員儲備，包括載荷、結構評估專業工程師、多年從事混凝土行業的檢驗工程師、安裝質量管理工程師、注冊質量管理人員，可以為您解決從設計評估、生產管理、運輸安裝直至運行階段的全流程質量管理服務。

■ 技術先進
SGS同時開發了低頻陣列混凝土檢測方法及大體積混凝土聲波散射法，可準確、直觀地檢測內部缺陷及冷縫情況。
各種檢測方法的綜合應用，可有效的控制混凝土塔筒質量，降低風險。
■ 業績豐富
SGS混塔團隊已經為眾多國內客戶，客戶包括混塔廠家、設計單位、主機廠、業主；服務內容包括設計評估、生產質量管理、安裝過程監督、混塔檢測、失效分析等服務。

如果您有風機基礎、土建方面的疑問，請聯系SGS，我們將會給您專業的意見和服務。

關于SGS風能技術中心

SGS風能技術中心隸屬于工業服務電力及能源團隊，2008年起從事新能源檢測認證服務，歷史積淀深厚；SGS已為國內及全球客戶服務5萬余臺次，容量130吉瓦。

風能團隊由各專業工程師組成，專業工程師具有豐富的行業經驗，專業范圍涵蓋土建、電氣、機械、葉片、無損、安全、風機檢測、載荷、結構、儲能、風資源等，服務范圍覆蓋新能源全生命周期。
可提供各個階段的綜合解決方案，為客戶提供全面的服務，借助全國200多家自有實驗室，可實現快速響應。風機安全排查服務獲得CNAS 17020資質（注冊編號：IB0058-023）；多年的風機檢測和風機安全排查實踐，檢查工作更具專業性與針對性 。