基于多體動力學(xué)的風(fēng)力機(jī)結(jié)構(gòu)動態(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)會產(chǎn)生振動和變形,這將影響風(fēng)力機(jī)自身的氣動性能和結(jié)構(gòu)強(qiáng)度。因此,精確預(yù)測風(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)動力響應(yīng),對風(fēng)力機(jī)的設(shè)計(jì)和分析具有重要的工程意義。
　　本文首先對風(fēng)力機(jī)葉片在定常工況下基本的空氣動力特性進(jìn)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(shí)簡要分析了湍流強(qiáng)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(fēng)輪葉片上的氣動載荷進(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剛體,其中彈簧和阻尼器的特性參數(shù)運(yùn)用超級單元方法進(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、塔架固有動力特性。并研究了超級單元的單元數(shù)量對于計(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)算程序分別對風(fēng)力機(jī)葉片和塔架的動態(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)場作用下的發(fā)電工況,獲得了葉片和塔架的時(shí)變動態(tài)載荷和結(jié)構(gòu)動力響應(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