透平叶片全域动应变-叶尖振动映射方法研究

针对高速旋转叶片振动导致的叶片裂纹甚至断裂而影响设备运行安全的问题,研究了叶片全域动应变与叶尖振动幅值的映射关系,提出一种透平叶片弯曲及扭转共振下叶片动应变非接触式测试方法,可实现基于叶尖振动幅值的叶片动应变反演,为叶片疲劳寿命预测奠定基础。首先,以某透平叶片为对象,对叶片进行模态分析获取全域应变和幅值比,进行叶尖振动测量点的优化;其次,运用振动台对叶片进行振动激励试验,获得叶片1阶、2阶共振下模态频率和应变-位移响应比,并对有限元分析模型进行修正。研究结果表明,所提出的叶片动应变测试应变-位移相对误差小于10%,频率误差小于1%,证明了叶片动应变测试方法的有效性。     

极端运行阵风对15 MW风力机叶片结构性能影响的分析

基于CFD方法,对极端运行阵风条件下IEA Wind 15 MW水平轴风力机气动性能进行分析。采用ANSYS APDL软件定义复合材料铺层方案建立15 MW风力机叶片有限元模型,并基于Workbench平台对风力机叶片进行模态分析和静力学分析,研究极端运行阵风对风力机叶片结构性能的影响。结果显示：极端运行阵风对风力机气动性能和叶片结构性能影响较大,风轮推力与转矩极值出现的时间点均迟于风速极值点,沿叶片展向叶片流动分离区域与风速呈正相关;在极端运行阵风期间,叶片位移均是从叶根至叶尖逐渐增大,叶片最大应力出现在叶片主梁并且距叶根0.6R处,同时,由于叶片的叶尖位移和最大应力在短时间内大幅度变化,会使叶片破坏的概率增加。     

基于Abaqus的大型风力机叶片有限元分析

研究了大型风力机叶片有限元模型建立的方法及对叶片进行了静力学和动力学分析。首先将由Pro/E绘制好的叶片实体模型导入Abaqus中,利用Abaqus对叶片进行划分网格、定义材料属性以及确定边界条件及施加载荷,完成叶片有限元模型的建立;然后对叶片进行模态分析、抵抗50年一遇暴风及额定工作状态下的静力学分析,得出叶片的前十阶频率、振型和各工况下的最大应力及其所在位置。通过分析表明叶片的静力学和动力学性能均符合设计要求,可以对叶片进行后续的研究。     

5MW风力机叶片结构力学特性有限元分析

随着风力机叶片大型化,叶片载荷水平不断提高,对其结构力学性能要求越来越高。以NREL 5MW风力机叶片为分析对象,利用叶素-动量理论及其修正方法编程计算叶片风载荷,采用有限元软件ANSYS开展叶片的静力学和模态固有特性分析,分析了叶片叶尖变形量与腹板厚度的关系,掌握了叶片关键部位的应力分布情况,获得了叶片低阶模态振动与固有频率,将为叶片结构设计、强度校核及优化提供数据基础。     

3MW风力机叶片设计建模与模态分析

叶片是风力机的重要部件,总结叶片设计流程,选择合理设计参数,设计出3 MW水平轴风力机叶片。因叶片为一易发生振动的细长弹性体,且叶尖小翼虽可增加风力机的输出功率,但必然对叶片的结构强度产生影响。因此对叶片进行重力预应力模态分析,确定叶片的各阶模态振型、频率、最大变形量及最大应力,得出叶尖小翼对叶片模态分析结果的影响。     

叶尖小翼对3MW风力机叶片模态分析的影响

作为风力机的重要部件,叶片为一容易发生振动的细长弹性体。叶尖小翼虽可增加风力机的输出功率,但必然对叶片结构强度产生影响。选定叶片的材料参数,应用Ansys软件对带小翼与不带小翼叶片进行模态分析,确定叶片结构的固有频率和振型等振动特性。并对各阶模态结果进行对比分析,得出在重力作用下叶尖小翼对风力机叶片模态特性的影响。结果表明,叶片叶尖加小翼虽然对叶片的模态特性产生一定影响,但不会发生共振,符合强度要求。     

风切变效应对风力机叶片结构性能的影响分析

利用ANSYS软件的复合材料模块建立某5WM水平轴风力机叶片的铺层模型,通过静力分析和模态分析研究了风切变效应对叶片结构特性的影响.采用Fluent软件对风力机叶片在有无风切变來流的情况下进行数值模拟,将数值模拟所获得的载荷加载到叶片铺层结构上,研究风切变效应对风力机叶片结构特性是否产生影响.结果显示:风切变效应使來流风速的均值减小,从而导致所获载荷降低,使叶片的最大应力和最大位移减小;当有预应力干扰时,叶片的模态频率和叶尖变形量都明显提高,这会对叶片的结构特性产生影响.     

风力机叶片三维建模与力学特性分析研究

风力机叶片的三维建模与静力学和动力学分析是开展风力机叶片可靠性分析和优化设计的前提。通过给定翼型的二维离散坐标点来计算叶片上位置叶素所对应模型信息,结合三维建模和有限元分析软件,开展了入流风载荷作用下叶片的静强度、模态和谐响应分析,获得了叶片结构的最大应变、应力、典型振动模态和（0～120）Hz激励频率作用下变形量的频响峰值,为大中型风力机叶片（基于疲劳失效）的结构优化设计和可靠性分析提供重要参考。     

风力机柔性叶片模态气动阻尼分析方法研究

针对大型水平轴风力机柔性叶片的模态气动阻尼数值分析方法进行研究。运用多体系统动力学建模方法和风力机叶片空气动力学模型,建立柔性叶片的气弹耦合方程,在求解此方程得出叶片在某运行工况下的气弹响应基础上,结合柔性叶片振动模态参数包括模态频率、模态向量和模态质量等物理量的识别和振动能量损失法,即计算气动力在叶片振动周期内所做的功,导出叶片模态气动阻尼比计算式,建立叶片挥舞、摆振各阶模态气动阻尼比分析流程。算例分析某柔性叶片在多种稳态风速下一阶模态气动阻尼比,表明所建立分析方法的有效性和可靠性。为大型风力机柔性叶片气动阻尼特性和气弹稳定性分析提供了有效的分析手段。     

L小翼对风力机气动性能的影响

以NREL 5MW水平轴风力机为研究对象,通过数值模拟方法,研究了未偏航状态和偏航状态下L小翼（β=45°、a=2m）对风力机气动性能的影响。通过分析叶尖处速度矢量图可知,安装L小翼能够降低叶尖扰流下洗速度,改变叶尖环量分布,减小叶尖涡强度,延缓叶尖处气流与叶片过早分离,增大了叶片上下表面压差,在较宽风速范围内提高了风力机的输出功率。当风力机处于偏航状态时,L小翼对风力机功率增升作用随着偏航角度的增大逐渐减小,随着风速的增大,功率增升作用先增大减小,在额定风速时功率增升效果最明显。L小翼增加了叶片转矩的同时降低了叶片输出转矩和轴向力的波动,改善输出电能品质,提高叶片抗疲劳性能,增加叶片使用寿命。     

车体垂弯振型节点位置对其弹性振动的影响

根据车体的结构属性和质量分布将其考虑为多段变截面欧拉梁,建立包含车体一阶垂弯模态的车辆垂向动力学模型,研究车体一阶垂弯振型的节点位置对高速列车振动舒适度的影响,提出改善车体弹性振动的措施。基于变截面欧拉梁模型分析车体各截面的质量和抗弯刚度分布对模态振型的影响,发现不同截面之间的抗弯刚度和质量分布对整体模态振型影响显著,提高车体中部结构的抗弯刚度并减小其质量,可以增大节点间距和提高模态频率,而传统均直等截面梁模型则不能准确描述振型的幅值和节点位置。采用频域分析方法计算车辆在轨道随机激励下的振动响应,将车体垂弯振型节点调整到转向架二系上方附近时,车体的弹性振动水平显著降低,在车速为300 km/h时车辆舒适度指标可降低50%。     

风力机叶片阻尼材料抑颤特性分析研究

随着风力机叶片趋于长展型,对其自身抗弯抑颤性能的要求日渐提高。研究了阻尼材料添加在传统风机叶片后的颤振效果,引入翼型颤振及阻尼抑颤模型,用MATLAB/Simulink软件对风力机叶片阻尼抑颤模型进行仿真计算,得出添加阻尼层后风力机叶片的颤振位移和速度,结果表明添加了阻尼材料的风力机叶片抑颤性能有了明显的改善。     

风力发电机叶片振动特性有限元分析

风力发电机叶片是一种细长的弹性体结构,运行时容易发生振动和变形,严重影响风力发电机的平稳运行。运用有限元数值方法研究风力机叶片的振动特性,利用模态分析法研究了叶片的静频和动频特性,获得了叶片的前6阶振动频率和相应振型。表明挥舞和摆阵是叶片的主要振动形式;在一定来流风速和转速作用下对叶片进行有预应力的振动特性分析,获得了风速与转速的变化对叶片振动频率的影响规律。利用谐响应分析法研究在最大风压与转速作用下叶片的振动特性,获得了最大受迫载荷作用下,叶片位移频率响应的变化规律。     

轮式装载机前车架的模态分析

为了降低车架在危险工况的变形,提高车架材料的效能和车架的动态刚度,以XG958轮式装载机前车架为研究对象,运用有限元软件ANSYS对前车架进行模态分析。基于有限元和静动态理论,运用ANSYS软件建立前车架有限元模型,并对前车架进行形状结构的改进。改进后前车架第一阶模态频率降低了14.937Hz,最大位移减少0.02mm;第二阶模态频率降低了2.308Hz,最大位移减少了0.222mm;第三阶模态频率降低了30.52Hz,最大位移减少了0.065mm。整体上提高了前车架的动刚度。     

大型风力机叶片腹板偏置对弯扭耦合特性研究

为研究大型风力机叶片内部腹板结构偏转对叶片弯扭耦合特性的影响,基于NX二次开发建立NREL 5 MW叶片CAD模型,通过计算流体力学(Computational Fluid Dynamics, CFD)方法求解叶片表面的分布载荷,采用节点位移法求解叶片弯曲角及扭转角,分析腹板偏置对叶片弯扭耦合效应的影响。结果表明,偏置腹板可使叶片产生自适应特性;在气动载荷作用下,弯曲角与扭转角均沿叶展逐渐增大,于叶尖达到幅值;正向偏置时,叶片扭转角与偏转幅度呈负相关,反向偏置与之相反;正偏置结构耦合叶片弯扭耦合系数随偏转角增大呈递减趋势,反偏置叶片均大于传统叶片。     

基于混合仿生设计的风力机塔架

本文为风力机塔架的混合仿生设计提供了一种方法。为提高风力机机组整体安全性，基于混合仿生设计方法，提取竹子竹节和问荆草茎截面特征，构造了由外塔筒、内塔筒、法兰盘（加强节）和加强肋板组成的两种仿生塔架（FS1和FS2）。运用ANSYS Workbench软件对比研究原型塔架和两种仿生塔架的静动态性能和屈曲稳定性。结果表明：内塔筒为圆形的FS1塔架力学性能更好。与原型塔架相比，FS1塔顶最大位移和门洞附近的最大等效应力分别降低了17.6%和23.83%,1阶固有频率和1阶临界屈曲载荷分别提高了5.2%和23.12%，充分证明仿生塔架FS1具有更好的抗弯性能和稳定性。     

龙门式机械手关键零件的动静态特性及接触分析

通过Solid Works软件建立机架的几何模型,导入ANSYS Workbench中,选取机架在最不稳定工况下进行静力学和模态分析,得出应力图、位移图和前6阶模态振型图,从而了解机架在最不稳定工状下的静强度性能和刚度性能。参考前6阶模态振型图,选取机架在最大振幅情况下的振幅值,重新对导轨、滑块进行建模,并进行接触分析,了解了导轨、滑块在变形下的接触应力图和位移图。     

毛竹材料风力机叶片的振动特性

为了考察毛竹风力机叶片的振动特性,计算和分析了毛竹叶片在静止工况下的模态频率与振型、额定工况下的位移与应力。结果表明:毛竹叶片振型以挥舞为主,具有较高的抗扭能力,但抗摆振能力较弱;风轮与塔架的安装距离应参考毛竹叶片最大位移3.314m来设计;最大应力发生在毛竹叶片中部,应针对这个部位进行强度校核以防止叶片的受损。     

大型风力机复合材料叶片结构动力特性分析

建立大型风力机叶片的三维有限元模型,在考虑旋转惯性力等外力因素下,分析和对比不同工况下叶片的振动频率,同时对叶片复合材料铺层角度和模态频率大小之间的关系进行研究。结果表明,叶片模态频率受应力刚化影响较大,通过改变叶片单向层的纤维铺层角可对旋转叶片的模态频率进行调整。     

大型风力机复合材料叶片结构动力特性分析

建立大型风力机叶片的三维有限元模型,在考虑旋转惯性力等外力因素下,分析和对比不同工况下叶片的振动频率,同时对叶片复合材料铺层角度和模态频率大小之间的关系进行研究。结果表明,叶片模态频率受应力刚化影响较大,通过改变叶片单向层的纤维铺层角可对旋转叶片的模态频率进行调整。