大型风力机叶片模态性能及振动分析

为研究大型风力机叶片铺层参数对叶片动态性能的影响、防止叶片发生共振、减小叶片挠度、改善叶片结构力学性能和提高风力机安全性,建立了5 MW风力机叶片的有限元模型,通过改变铺层材料和铺层角度实现不同的叶片结构,并对成型叶片进行了模态分析;采用CFD方法获得叶片表面载荷,分析不同风速下不同铺层结构叶片振动性能,结果表明:复合材料铺层角度能影响叶片固有频率,叶片低阶振型以挥舞和摆振为主,高阶模态出现扭转;增加0°铺层纤维比例可提高低阶固有频率,45°铺层能提高叶片抗扭能力;叶片振动位移沿叶片展向呈非线性增长,风速越大叶片挠度越大;碳纤维可有效提高叶片固有频率,减小叶片挠度。     

5 MW风力机叶片模态特性分析

为了研究叶片铺层和主梁形式对大型自适应叶片动态特性的影响,利用Ansys软件建立了5 MW风力机叶片的有限元模型.对不同梁帽铺层角度和主梁形式的叶片进行了模态分析,给出了各模型的前十阶固有频率和振型,分析了叶片梁帽铺层角度、主梁形式和转速对风力机叶片固有频率的影响.结果表明：叶片梁帽铺层角度和叶片主梁形式对固有频率具有重要影响;在叶片的弯扭耦合设计过程中,要考虑设计参数对叶片模态特性的影响,以避免叶片发生振动性能失效.     

E-玻璃纤维/乙烯基酯树脂复合材料拉伸与模态特性分析

对小型风力机叶片铺层结构所用的E-玻璃纤维/乙烯基酯树脂复合材料进行拉伸试验与试验模态分析,对比分析不同种类纤维的拉伸强度、破坏形态与弹性模量等抗拉性能与模态特性,得出以下结论:根据拉伸强度、破坏形态与弹性模量得出单轴向0°层合板的抗拉性能更好;随着层数增加,单轴向0°纤维布对挥舞固有频率的影响最大,双轴向±45°纤维布对扭转固有频率的影响最大;层数与铺设角度对一阶挥舞、扭转振型影响较小;小型风力机风轮的转速较高,可铺设更多的单轴向0°纤维布,以改变其模态特性;为初步探究单层、多层板模态参数间的关联性,分析得出铺层顺序的变化对层合板固有频率的影响最大值为1.45 Hz,并为E-玻璃纤维/乙烯基酯树脂复合材料钢叶片的生产与研究提供基础理论依据。     

气动载荷对风力机叶片动态结构特性影响分析

建立复合材料风力机叶片铺层模型,针对叶片结构进行动态特性分析,主要通过模态分析研究了气动载荷对叶片固有频率的影响。借助ANSYS(有限元分析软件)复合材料模块,根据叶片几何和铺层参数实现叶片建模,并通过实验值验证了有限元模型的准确性。基于叶素-动量理论计算获得叶片极限气动载荷,以极限载荷的20%为载荷步,分析了叶片结构特性受载荷影响的变化趋势。结果表明:叶片所受载荷增加会导致叶片各阶固有频率下降,同时其摆振振型对应的固有频率受载荷影响较大;气动载荷会削弱叶片各微元段向平衡位置恢复的能力,导致叶片截面刚度下降,进而引起叶片固有频率降低。     

兆瓦级水平轴风力机叶片铺层设计参数影响分析

为研究主梁材料及铺层角度对风力机叶片结构特性影响,基于三维建模软件NX二次开发建立风力机叶片几何模型,结合铺层设计并通过CFD方法获取叶片表面压力分布,采用有限元方法对叶片进行结构模态、强度及屈曲分析.结果 表明:碳纤维主梁叶片质量较玻璃钢减轻约8.08％,主梁材料对模态振型影响较小,主梁铺层角度对挥舞方向运动影响更大...     

基于气动弹性剪裁风力机叶片结构稳定性分析

为提升风力机叶片结构稳定性,改善叶片局部屈曲现象,研究铺层参数对叶片结构稳定性的影响。建立1.5 MW风力机叶片的三维模型和铺层结构,并与实验值对比验证模型的质量和固有频率的准确度。借助CFD计算获得叶片表面的分布压力,以此为载荷对不同铺层角度叶片进行稳定性分析。计算结果表明:叶片在额定风速载荷下不会发生屈曲,满足设计要求;叶片后缘区结构设计较薄弱,局部屈曲主要出现在该区域;增加叶片尾缘铺层角度,保持主梁铺层角度不变,能提高叶片整体稳定性。     

复合材料纤维铺层对潮流能水平轴水轮机叶片性能的影响研究

针对20 kW潮流能水平轴水轮机,设定7种铺层方案.利用ANSYS软件对叶片进行建模,考察其刚度、模态和强度.基于Tsai-Wu强度理论,层间变形一致假设、直法线假设和平面应力假设,利用有限元法计算叶片刚度,通过模态分析得到叶片固有振型和固有频率随铺层角度的变化趋势;根据实际工况施加载荷,得到不同铺层方案下叶片的最大变...     

离心载荷对小型风力机叶片模态特性影响分析

以300 W小型水平轴风力机风轮为研究对象,建立风力机模型,针对叶片结构进行动态特性有限元分析,主要通过模态分析研究离心载荷对叶片固有频率的影响。结果表明:通过比较模拟与实验值发现误差小于3%,振型节点在0.2R、0.58R、0.79R、0.88R(R为叶片长)。叶片所受离心载荷增加会导致叶片各阶动态固有频率上升,同时其挥舞振型对应的固有频率受载荷影响较大;离心载荷使叶片受到离心刚化作用,从而会使得叶片截面刚度上升,引起叶片动态固有频率升高。     

基于几何精确梁的风力机叶片动力学建模及动态特性分析

基于几何精确梁理论,结合广义-α时间预测法的迭代算法,考虑叶片复合铺层材料的各向异性特性,建立了大型风力机叶片的几何非线性动力学模型并导出了相应的特征方程,编制了数值仿真程序。通过对几何非线性梁标准算例和某10 MW柔性风力机叶片动力特性的模拟分析,验证了动力学模型的正确性,以及几何精确梁模型对分析叶片几何非线性大变形及其所导致的非线性动力学效应的有效性。叶片在静止和转动工况下的模态分析结果表明,在动力刚化效应作用下,叶片的固有频率会随着转速的增加而增大,动力刚化效应在挥舞方向比在摆振方向更明显,在低阶模态比在高阶模态更明显。     

大型汽轮发电机组扭振试验中激振方法的研究

目前大型汽轮发电机组轴系扭振特性的现场试验中广泛采用稳态不对称短路变频激振法,该方法能有效地测得轴系的低阶固有频率,而难于或测不到高阶固有频率。为寻求其中的原因和规律性,本文用模态分析方法,以２００ＭＷ汽轮发电机组为对象,对轴系扭振试验过程中的动态响应进行了数值仿真,计算结果与现场测试结果完全一致,研究同时表明,在一定试验参数下,高阶振型也是能够被激起的,这些结论对现场试验有指导意义。     

单叶风轮与三叶风轮的动力学特性的比较

风力机风轮的模态分析是了解风力机结构动态特性的基础,准确地得到风轮的固有频率和模态振型具有十分重要的意义.采用试验模态分析方法和计算模态分析方法分别对单叶片和三叶片风轮进行模态分析,得到了它们的模态振型.研究结果显示,单个叶片的模态振型和多叶片的模态振型有较大不同,单叶片风轮的动力学特性不能代替三叶片风轮的动力学特性.     

叶尖小翼的离心力和气动力对风轮动频特性的影响研究

通过对风力机叶尖处安装不同尺寸不同质量小翼的风轮和安装具有与小翼质量相同但不同纯质量块的风轮分别进行风轮的动频特性实验,结果表明:小翼的气动特性不仅仅调整了风轮动频曲线的走势,而且小翼设计的好可以使得风轮推迟或避开共振区;当风轮转速较高时,安装合适的小翼后,风轮一阶反对称的动态固有频率均能提高,而且气动特性的影响要大于质量的影响;当风轮转速较低时,安装小翼后的风轮,一阶反对称的动态固有频率不会提高还有可能下降,叶尖质量增加表现为使动态固有频率下降,气动力表现为使动态固有频率提高,而且小翼的质鼍成分的影响要大于或等于小翼的气动特性的影响;安装小翼后的风轮,在低转速时,会使动频下降,而且它对高阶振型的影响比对低阶振型的影响大.     

复合材料风力机叶片刚度剪裁结构特性研究

复合材料风力机叶片的性能因铺层参数变化而不同,为了改善铺层方案,探讨了铺层参数对叶片结构性能的影响。基于有限元分析法,采用玻璃钢复合材料建立不同层合板结构,实现叶片材料的刚度剪裁,对1.5 MW风力机叶片铺层,并通过CFD软件模拟流场对叶片施加载荷,对叶片进行结构特性分析。对比不同铺层方式对叶片结构的影响,结果表明:叶片叶根处受到载荷最大,0°铺层纤维抗弯性能最佳;叶片几何突变区域强度主要受面内剪切应力影响,45°纤维具有最佳的抗剪能力;0°纤维起承载作用,±45°纤维起传递载荷的作用,0°和±45°纤维含量分别为90%和10%时,叶片变形量表面应力值最小,叶片整体性能较佳。     

对比分析不同材料及铺层对叶片力学性能的影响

基于有限元法,利用ANSYS中复合材料模块模拟叶片铺层,并通过CFD软件模拟流场对叶片施加载荷,对叶片进行结构静力学分析和模态分析;对比不同材料及铺层方式对叶片结构的影响,分析造成这种影响的原因。结果表明:不同材料对叶片的力学性能影响巨大,而采用铺层方法能使叶片满足强度和刚度要求,同时减轻质量并且改善共振引起的振动,±45°双铺层能有效分散叶根梁帽处应力。     

铺层参数对风力机叶片静态结构性能的影响分析

复合材料风力机叶片的性能因铺层参数的变化而不同,为了优化铺层方案,探讨了铺层参数对风力机叶片静态结构性能的影响。以某1.5 MW风力机叶片距叶根1/3段为对象,建立其有限元模型,计算叶片在极限工况下各截面的载荷;分析该叶片铺层所采用的单、双、三轴向布的基本力学性能,得出可行替代方案。通过对不同铺层角度、铺层顺序和铺层比例的代表性铺层方案进行分析对比,初步得出叶片具有良好性能的铺放参数。在此基础上,优化原有设计方案,结果表明改进后叶片的失效因子和变形明显降低,验证了所得结论的正确性。     

多叶片风轮的试验模态测试与分析

采用试验模态分析的方法分别对单叶片、两叶片风轮、三叶片风轮、五叶片风轮和中心固定圆板进行了模态分析,得到了它们的实际模态振型.实验结果显示,单叶片的模态振型和多叶片的模态振型有较大不同,单叶片的结构动态特性不能代替整个风轮的结构动态特性;对比多叶片风轮和中心固定圆板,按照一定的对应关系,可以采用中心固定圆板的振型来研究多叶片风轮的挥舞模态振型.     

风力机叶片动态性能与仿生特性研究

以750kW水平轴风力机为研究对象,利用ANSYS复合材料单元,建立了风力机叶片数值模型。应用叶片结构振动有限元方法,从植物叶片叶脉动、静态特性出发,研究分析了风力机叶片叶素形状与材料铺层因素对其振动模态的影响,并初步探讨了风力机叶片仿生植物叶片的可行性。结果表明:不同的叶素形状可以改变叶片惯性矩,惯性矩越小,叶片的振动性能越好,与植物叶片振动特性相似;叶片材料的铺层分布对其振动模态的影响存在一定的规律,并与植物叶片叶脉分布规律相对应;两种因素对振动模态的影响效果可以叠加。     

大型风力机叶片铺层及模态分析

使用ANSYS软件,自下而上建立风力机叶片的有限元模型,使用单元类型SHELL 99对叶片模型实行铺层。运用有限元方法,对几组铺层方案进行叶片的模态分析,结果显示大型风力机叶片梁帽的铺层对频率及相对位移影响最大,增加梁帽铺层数可更好地提升叶片的结构动力学性能。     

水平轴风力机塔架的频率和振型特性实验研究

为了研究风力机塔架的振动特性,文章利用动态信号采集分析系统,对水平轴风力机塔架进行了实验模态分析和运行模态分析测试,得到了塔架静止与振动两种工况下的固有频率与模态振型,分析了塔架的振动特性。通过对风力机振动信号的频谱分析发现,风速小于10 m/s时,只能激励起塔架挥舞方向与摆振方向的二阶模态;通过对风力机塔架的模态分析发现,风力机发生振动,塔架固有频率与模态振型发生小幅度改变;随着风速和振动烈度的增大,塔架模态参数的变化幅度随之增大。该研究可以为风力机塔架优化设计提供借鉴。     

水平轴风力机柔性叶片气动弹性响应分析

基于模态分析法,通过二节点悬臂梁单元对柔性叶片进行离散化分析,得到水平轴风力机柔性叶片在挥舞、摆振和扭转方向上的固有特性;利用Newmark常平均加速度法和振型解耦实现各阶的振型结构动力响应分析。以某5MW大型风力机为例,分析高阶特征模态对叶片动态响应的影响,同时考虑截面扭角变化前后对气动弹性载荷的反馈作用。结果表明,大型风力机柔性叶片在旋转过程中的振动和变形相当大,截面扭转变化对风力机的气动弹性问题有较大影响。