兆瓦級風(fēng)電機組葉片的力學(xué)特性研究.pdf

1、葉片作為風(fēng)電機組機械系統(tǒng)中受力最為復(fù)雜、結(jié)構(gòu)最為多樣化的重要構(gòu)件，它的固有振動特性、材料強度特性、耦合振動特性，及其它力學(xué)特性問題對風(fēng)電機組穩(wěn)定運行與整機性能有直接的影響。本文在分析了風(fēng)電機組葉片的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上，引入了葉片空氣動力學(xué)基礎(chǔ)理論與載荷計算方法，以兆瓦級風(fēng)電機組葉片為研究對象，綜合利用有限元分析法、柔性多體系統(tǒng)動力學(xué)理論、以及蔡—吳強度失效準則，以及QZ算法對葉片的固有振動特性，復(fù)合材料內(nèi)部的強度特性，以及與主軸軸系

2、的組成的剛?cè)狁詈隙囿w系統(tǒng)動力學(xué)模型的振動特性，進行了研究。開展的具體研究工作內(nèi)容和獲得的主要結(jié)果如下:
　　1)葉片固有振動特性的有限元建模方法研究。針對葉片固有振動特性問題，提出了一種基于有限元梁單元理論的葉片模態(tài)振動方程的建立方法，并采用雙步的QZ算法對其求解，得到葉片的固有頻率。將此方法用于1.2MW風(fēng)機葉片中，能夠快速的求解出葉片固有頻率，將其結(jié)果與Blade軟件結(jié)果進行對比分析，結(jié)果相差較小，證實了此方法的有效性。

3、>　　2)旋轉(zhuǎn)葉片的材料強度特性計算方法研究。提出了一種基于有限元方法與Tsai-Wu強度失效準則相結(jié)合的葉片材料強度特性研究方法。將此方法用于風(fēng)電機組的旋轉(zhuǎn)葉片中，建立葉片在旋轉(zhuǎn)過程中多個位置處的有限元模型，分析葉片處于旋轉(zhuǎn)平面每個位置處的米塞斯等效應(yīng)力云圖。針對米塞斯等效應(yīng)力最大位置處的葉片危險截面進行研究，采用蔡吳強度準則計算危險截面位置，每層復(fù)合材料強度的強度指標，找到強度指標最大位置處的鋪層位置。針對此層復(fù)合材料進行研究，在只

4、考慮葉片的重力載荷與離心力載荷單一載荷作用時，材料的拉伸破壞極限減小;當氣動載荷分量與重力共同作用時，葉片材料拉伸的破壞極限降低的最為嚴重。產(chǎn)生此種極限載荷降低的主要原因與復(fù)合材料的鋪層方向有關(guān)。
　　3)葉片與主軸耦合系統(tǒng)的振動問題研究。提出一種基于剛?cè)狁詈隙囿w系統(tǒng)動力學(xué)理論的葉片與主軸系統(tǒng)組成的仿真模型，針對葉片與主軸軸系的振動特性問題進行分析。葉片受到氣動力與慣性力的作用在旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)，葉根部出現(xiàn)較為明顯交變彎矩，葉尖出現(xiàn)周期