基于多體動力學的風力機結構動態(tài)響應分析.pdf

1、隨著風力機朝大型化方向發(fā)展,相應的葉片長度和塔架高度也在不斷的增加。風力機葉片和塔架向更具柔性的方向發(fā)展。風力機在不同的工況下運行時,在時變載荷的作用下風力機的結構會產(chǎn)生振動和變形,這將影響風力機自身的氣動性能和結構強度。因此,精確預測風力機結構尤其是柔性部件(葉片和塔架)在正常運行工況下的時變載荷及其結構動力響應,對風力機的設計和分析具有重要的工程意義。
　　本文首先對風力機葉片在定常工況下基本的空氣動力特性進行分析,先后介紹了

2、葉素—動量理論及其各種修正方法,同時簡要分析了湍流強度模型和葉片動態(tài)入流。然后根據(jù)修正后的葉素動量理論對作用在風輪葉片上的氣動載荷進行計算。
　　將葉片和塔架離散為由帶有力元彈簧和阻尼器的鉸連接的有限個剛體,其中彈簧和阻尼器的特性參數(shù)運用超級單元方法進行分析,并利用材料力學彎曲梁撓曲線方程導出了彈簧剛度計算公式。
　　利用拉格朗日方程建立運動方程,通過模態(tài)分析得到葉片固有頻率和振型,考慮了塔頂風輪和機艙作為質點與塔架耦合后的

3、塔架固有動力特性。并研究了超級單元的單元數(shù)量對于計算效率和結果精度的影響。
　　在計算出結構所受外部時變載荷的基礎上,運用Newmark法編制了相應的計算程序分別對風力機葉片和塔架的動態(tài)響應進行了計算。并分析了影響葉片在平面內外的葉尖位移的載荷因素。
　　文中以5MW水平軸風力機為例,仿真了其在湍流風場作用下的發(fā)電工況,獲得了葉片和塔架的時變動態(tài)載荷和結構動力響應。本文計算結果和著名商業(yè)軟件GHBladed的計算結果進行了對