風電橡膠彈性支座動態(tài)承載特性研究.pdf

1、風力發(fā)電機機組運行時由于振動所導致的噪聲、零部件磨損等問題是工程技術(shù)上急需避免的，橡膠材料制品以其小質(zhì)量、大承載等特點成為風電機組中不可或缺的減振降噪部件，主要起到支撐、減振的作用。由于其工作環(huán)境比較惡劣，工況復雜多變，合理評估其動態(tài)承載性能對橡膠彈性元件的工程設計至關(guān)重要。經(jīng)典的機械振動理論主要采用彈簧和粘壺來表示減振器或隔振器的承載與阻尼性能，用于表征橡膠彈性元件的動態(tài)承載力學性能時，由于其兼具承載特性與阻尼特性，且其承載特性與阻尼

2、特性呈現(xiàn)非線性特征，還需要做更深入的研究。本文研究橡膠彈性元件的動態(tài)承載力學性能，對合理設計、使用橡膠彈性減振元件，為工程設計提供技術(shù)指導，具有現(xiàn)實意義。
　　本文以風力發(fā)電機機組橡膠彈性支座為對象，對其動態(tài)承載性能進行研究，主要做了以下三方面的工作：
　　首先，本文分析了橡膠彈性元件動、靜態(tài)承載性能形成的機理—能量損耗與蠕變，基于機械振動理論，引入復剛度概念，依據(jù)達朗貝爾原理建立了風電減振系統(tǒng)動力學模型；以風電橡膠彈性支座

3、為對象，分析橡膠材料在交變載荷下的承載特性與減振機理，導出了橡膠彈性元件復剛度的表達式，表征橡膠彈性元件的非線性承載和阻尼特性，合理地描述了橡膠彈性元件的動態(tài)承載性能，并將復剛度的實部參量定義為彈性剛度，區(qū)別于經(jīng)典振動系統(tǒng)模型中的靜剛度；采用國標GB/T15168-94《振動與沖擊隔離器性能測試方法》中的橢圓法則，獲得了復剛度表達式中彈性剛度與阻尼因子的計算方法。
　　其次，依據(jù)橡膠彈性支座動態(tài)承載性能的復剛度理論，分析影響橡膠彈

4、性元件動態(tài)承載性能的機械載荷因素，基于正交試驗設計，分別以機械載荷的頻率、振幅及預載為實驗因素，對橡膠彈性支座進行動態(tài)承載性能試驗。根據(jù)實驗結(jié)果分析彈性剛度、阻尼因子與頻率、振幅及預載荷相關(guān)性，并采用方差和極差對實驗影響因素的顯著性進行識別，結(jié)果表明：橡膠彈性支座動態(tài)承載性能影響因素的顯著性依次為載荷頻率、載荷幅值、預載荷。
　　然后，基于橡膠材料超彈性本構(gòu)理論，采用ABAQUS有限元分析軟件，結(jié)合橡膠材料基礎(chǔ)力學試驗數(shù)據(jù)，選擇三

5、種超彈性本構(gòu)模型—Mooney-Rivlin、Ogden、Van der Waals進行參數(shù)擬合，獲得了模型參數(shù)；利用ABAQUS有限元軟件建立了橡膠彈性支座的軸對稱有限元模型，對橡膠彈性支座的動態(tài)承載特性進行數(shù)值模擬，并將橡膠彈性支座的彈性剛度與阻尼因子的模擬計算結(jié)果與動態(tài)承載特性試驗結(jié)果進行對比驗證，結(jié)論表明：對于壓剪變形載荷工況，適合選用Van der Waals模型；Mooney-Rivlin模型適合中、小變形載荷工況；而Ogd