基于漢密爾頓原理的截面為NACA0015翼型的垂直軸風(fēng)機(jī)葉片的振動(dòng)分析.pdf

1、近年來，人們對(duì)于垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究熱潮不斷升溫。尤其在低空強(qiáng)風(fēng)的情況下，垂直軸風(fēng)機(jī)的商業(yè)潛力還是值得期待的。為了研究垂直軸風(fēng)機(jī)葉片的振動(dòng)特性，本文選擇了NACA0015型號(hào)機(jī)翼為垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片截面。細(xì)長(zhǎng)的風(fēng)機(jī)葉片可看作歐拉梁。從漢密爾頓定理出發(fā)，結(jié)合歐拉梁原理，推導(dǎo)出葉片具有彎扭耦合效應(yīng)的振動(dòng)方程式。本文通過有限差分法將葉片以及振動(dòng)方程式做離散，在葉片兩端為固定約束和簡(jiǎn)支約束的兩種邊界條件下進(jìn)行求解，求出葉片的自然頻率，然后與

2、ANSYS Workbench模擬出來的結(jié)果做比對(duì)。對(duì)比結(jié)果顯示了兩種方法得到的數(shù)值在低頻模態(tài)時(shí)誤差較小，高頻模態(tài)誤差略大，但也在合理的誤差范圍內(nèi)，故以此說明了本文所建立的理論方法的正確性。
　　為了避免葉片與風(fēng)場(chǎng)的等外力發(fā)生共振效應(yīng)從而破壞葉片結(jié)構(gòu)。于是，本文還研究了在固定約束和簡(jiǎn)支約束的作用下，葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)的速度、葉片長(zhǎng)度、葉片截面的弦長(zhǎng)和形狀對(duì)自然頻率的影響，以及分別考慮實(shí)心葉片和空心葉片，對(duì)這兩種情況進(jìn)行對(duì)比。分析結(jié)果表明:

3、對(duì)于實(shí)心葉片，葉片長(zhǎng)度越長(zhǎng)，自然頻率越小;葉片的旋轉(zhuǎn)速度越大，自然頻率越小;葉片截面的弦長(zhǎng)和自然頻率近似線性的關(guān)系;同時(shí)，本文還重點(diǎn)分析了空心葉片，有些參數(shù)在葉片是實(shí)心火空心兩種情況下，對(duì)自然頻率的影響有較大差別。其中空心葉片旋轉(zhuǎn)速度和葉片截面對(duì)于葉片自然頻率的影響和實(shí)心葉片大體相同;而空心葉片的長(zhǎng)度和弦長(zhǎng)與葉片自然頻率的函數(shù)關(guān)系圖像雖然大體走勢(shì)相同，但是函數(shù)曲線卻不太一樣。
　　本文的研究方法和數(shù)值分析結(jié)果可為產(chǎn)業(yè)界設(shè)計(jì)垂直軸風(fēng)