模態(tài)分析基本原理
　　一、模態(tài)分析基本原理
　　動(dòng)力學(xué)基本方程可表示為：
　　其中：[M]、[C]、[K] 分別為質(zhì)量、阻尼、剛度矩陣；｛ǔ｝｛ù｝｛υ｝,分別為節(jié)點(diǎn)的加速度、速度、位移向量。
　　對(duì)于模態(tài)分析而言，其假定為忽略阻尼的自由振動(dòng)形式（即[C]=0 ；F(t)=0）：

　　對(duì)于典型的無(wú)阻尼模態(tài)分析而言，基本方程的求解實(shí)質(zhì)上是特征值求解問題：
　　
　　其中： ｛φ_ι｝為第i 階模態(tài)的特征向量； ω_i 為第i 階模態(tài)的固有頻率。
　　二、模態(tài)分析
　　（一） 有限元模型
　　1、塔筒
　　在忽略法蘭連接的情況下，可認(rèn)為塔筒是變截面殼體。根據(jù)其幾何主要受力特性，可采用板單元或殼單元，由于殼單元除了彎曲變形還有中面變形，而且殼體的彎曲內(nèi)力和中面內(nèi)力相互聯(lián)系、相互影響，但板單元的變形只為彎曲變形，因此，塔筒采用殼單元SHELL181 最為合理。由于本塔筒沿高度方向厚度變化多，共11 種壁厚參數(shù)，在建模時(shí)完全按照實(shí)際情況進(jìn)行了建模，如圖2。塔架幾何參數(shù)見表1。

　　2、槳葉、機(jī)艙和輪轂
　　槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)頻率與固有頻率相差較大，采用傳統(tǒng)的建模方法，不考慮槳葉轉(zhuǎn)動(dòng)對(duì)塔體的影響，即為停機(jī)狀態(tài)下的風(fēng)電塔。將槳葉、機(jī)艙與輪轂作為集中質(zhì)量作用于塔頂，考慮使得質(zhì)量在塔頂分布均勻，因此將質(zhì)量平均分散在塔頂?shù)氖畟€(gè)節(jié)點(diǎn)上，均采用mass21 質(zhì)量單元模擬。
　　3、風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)
　　風(fēng)電機(jī)組基礎(chǔ)結(jié)構(gòu)為五樁鋼構(gòu)架結(jié)構(gòu)，鋼構(gòu)架部分均按照實(shí)際尺寸進(jìn)行建模，考慮均為連續(xù)的殼體結(jié)構(gòu)，采用殼單元SHELL181 來(lái)模擬，如圖3。基礎(chǔ)導(dǎo)管架幾何參數(shù)，見表2。

　　4、邊界條件設(shè)計(jì)
　　為了合理地反映真實(shí)的情況，需要根據(jù)樁土相互作用的原理來(lái)確定泥面以下五樁的嵌固端。考慮樁土相互作用通常有兩種方式：一是考慮地基的非線性變形，在泥面下采用一組彈簧和阻尼器模擬樁土非線性作用，即將泥面一下的樁基用非線性彈簧單元模擬，按地基的P － y 曲線給出非線性彈簧的剛度隨側(cè)向位移的變化關(guān)系，同時(shí)用阻尼單元模擬土體的阻尼作用；二是采用假想嵌固點(diǎn)的方法，在泥底面一下一定深度處將平臺(tái)樁完全嵌固。