基于多體動(dòng)力學(xué)的風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)動(dòng)態(tài)響應(yīng)分析.pdf

1、隨著風(fēng)力機(jī)朝大型化方向發(fā)展,相應(yīng)的葉片長(zhǎng)度和塔架高度也在不斷的增加。風(fēng)力機(jī)葉片和塔架向更具柔性的方向發(fā)展。風(fēng)力機(jī)在不同的工況下運(yùn)行時(shí),在時(shí)變載荷的作用下風(fēng)力機(jī)的結(jié)構(gòu)會(huì)產(chǎn)生振動(dòng)和變形,這將影響風(fēng)力機(jī)自身的氣動(dòng)性能和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。因此,精確預(yù)測(cè)風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)尤其是柔性部件(葉片和塔架)在正常運(yùn)行工況下的時(shí)變載荷及其結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng),對(duì)風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)和分析具有重要的工程意義。
　　本文首先對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片在定常工況下基本的空氣動(dòng)力特性進(jìn)行分析,先后介紹了

2、葉素—?jiǎng)恿坷碚摷捌涓鞣N修正方法,同時(shí)簡(jiǎn)要分析了湍流強(qiáng)度模型和葉片動(dòng)態(tài)入流。然后根據(jù)修正后的葉素動(dòng)量理論對(duì)作用在風(fēng)輪葉片上的氣動(dòng)載荷進(jìn)行計(jì)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(gè)剛體,其中彈簧和阻尼器的特性參數(shù)運(yùn)用超級(jí)單元方法進(jìn)行分析,并利用材料力學(xué)彎曲梁撓曲線方程導(dǎo)出了彈簧剛度計(jì)算公式。
　　利用拉格朗日方程建立運(yùn)動(dòng)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(fēng)輪和機(jī)艙作為質(zhì)點(diǎn)與塔架耦合后的

3、塔架固有動(dòng)力特性。并研究了超級(jí)單元的單元數(shù)量對(duì)于計(jì)算效率和結(jié)果精度的影響。
　　在計(jì)算出結(jié)構(gòu)所受外部時(shí)變載荷的基礎(chǔ)上,運(yùn)用Newmark法編制了相應(yīng)的計(jì)算程序分別對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片和塔架的動(dòng)態(tài)響應(yīng)進(jìn)行了計(jì)算。并分析了影響葉片在平面內(nèi)外的葉尖位移的載荷因素。
　　文中以5MW水平軸風(fēng)力機(jī)為例,仿真了其在湍流風(fēng)場(chǎng)作用下的發(fā)電工況,獲得了葉片和塔架的時(shí)變動(dòng)態(tài)載荷和結(jié)構(gòu)動(dòng)力響應(yīng)。本文計(jì)算結(jié)果和著名商業(yè)軟件GHBladed的計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了對(duì)