风力机旋转叶片动力特性及响应分析

发布时间：2020-05-23 02:05

【摘要】：本文针对现代大型水平轴风力机的结构和运行特点,应用现代柔性多体动力学理论和 有限元数值分析相结合的方法,对大型风力机叶片的动力特性以及在气动和机械载荷作用 下的结构动力学响应进行了研究。论文主要包括:基于柔性多体动力学理论的风力机旋转 叶片动力学模型的建立和数值求解方法研究;叶片的振动特性分析;叶片在气动和机械载 荷作用下的结构动力学响应分析。 首先,简要介绍了现代柔性多体动力学和有限单元法的基本理论,用有限元分析软件 ANSYS对风力机叶片建模,并求解了1.5MW变速恒频风力机叶片的固有频率与振型。探 讨了旋转叶片动力刚化效应产生的原因,并分析其对叶片固有频率的影响。 接着,对旋转叶片进行有限元离散,采用凯恩(kane)方法,建立了一般形式的大型 风力机叶片柔性多体动力学有限元方程:结合大型叶片几何构形特点,导出了基于 Timoshenko模型的旋转叶片的三维空间梁单元动力矩阵的显式表达式。分别用常规方法与 柔性多体动力学方法求解了1.5MW风力机叶片的固有频率与振型。并将结果与之前在 ANSYS中计算的结果进行比较验证。 最后,对所建立的叶片动力学模型进行动力学响应分析。针对该类动力方程为时变动 力学方程的特点,研究其数值求解方法。分别对三种数值方法(newmark-β法、wilson-θ 法、newmark增量迭代法)的稳定性和算法效率进行了分析,编制了相应的计算机程序; 对1.5MW风力机在启动、刹车和正常运转时的叶片弯曲挠度响应进行了分析并与常规有 限元数值分析结果进行了比较。结果表明,现代柔性多体动力学方法能更准确地反映旋转 叶片的动力学特性和动力学响应。
【图文】：

BLADEDESIGNFORWINDOWS”CAD软件中的叶片结构分析模块，其流程图如图3一l所示，对叶片进行建模和前处理，建立叶片实体模型文件生成IGES格式，以便于ANSYS读取。有限元网格的划分，针对叶片自身形状和玻璃钢材料的特点，，采用三维brikc(立方体)单元，运用ANSYS的MESHING功能。在展向、径向与切向三个方向上分别进行划分。生成的1.SMW叶片实体模型和有限元网格如图3一2示。根据玻璃钢/复合材料的正交各向异性特性，分别输入展向弹性模量、泊松比;径向弹性模量、泊松比;剪切弹性模量和材料密度等。求解特征方程采用目前求解大型矩阵特征值问题最有效的BLoCKLANCZOS方法。打打开项目文件件输输入桨叶各截面翼型参数数输入桨叶内部儿何参数输入展向、轴向及切向上划分的网格数生成网格节点的坐标数据文件生成前处理图形文件结束(图形文件供ANSYS进行有限元分析和后处理)图3一1叶片分析模块流程图3

绕z轴作平面转动的梁
【学位授予单位】：汕头大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2005
【分类号】：TK83

【引证文献】

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本文编号：2676963