极限风况下风力机柔性部件动力学响应研究

风场是影响风力机气动和结构特性的最直接因素。基于对不同风况模拟、气动计算,以某1.5 MW风力机为例,模拟其在不同风况下的动力学特性动态响应。通过分析各叶片叶尖位移、叶根受载及塔架顶端位移的动态响应,结合发电工况分析控制策略的选择。研究结果表明:在添加相干湍流到基础湍流上模拟拟序结构风况时,叶尖挥舞、摆振;叶根挥舞弯矩、摆正弯矩、变桨力矩;塔尖前后挥舞、左右摆振都有不同程度的增大。且风轮计算点上部分风速已远大于参考风速,控制策略的选择需要根据瞬时风速而变。研究成果对风力机的气动、结构设计和控制策略的改进具有一定的参考价值。     

海上超大型风力机结构动力学响应及稳定性研究

为研究不同运行方式对湍流风及地震作用下海上风力机动力学响应及稳定性影响,以DTU 10 MW海上单桩式风力机为研究对象,采用p-y曲线描述桩基与海底土壤之间的相互作用,基于有限元软件Ansys建立风力机有限元模型,并对其进行结构模态、动力学及屈曲分析.结果 表明:塔架模态振型以扭转和弯曲振动为主,其一阶固有频率介于理想...     

系泊失效后漂浮式风力机平台动态响应研究

深海漂浮式风力机平台稳定性是保证系统安全运行的基础,其系泊在风、浪及海流等动态载荷周期性作用下引发蠕变后会加速腐蚀,从而导致系泊失效。为了研究系泊失效后风力机所受载荷对平台动态响应的影响,参考Barge平台的NREL 5 MW风力机建立了漂浮式风力机整机模型,通过对AQWA的二次开发实现了与FAST间的实时数据交换,开展了漂浮式风力机的风波耦合数值仿真。结论表明：系泊失效后漂浮式风力机平台响应增大、风力机的结构安全性降低。其中,迎风侧系泊失效对平台影响最为明显,尤其是横荡和艏摇方向受到的影响更大,失效后的最大响应幅值分别为失效前的6.3倍和9.7倍。     

应用有限元分析系统计算风力机塔架结构的动态特性

本文讨论了空间系杆钢结构风力机塔架的动态特性、建模和有限单元类型的选取及计算方法。介绍了我们在ＡＤＩＮＡ系统基础上所开发的风力机塔架结构特性分析软件。通过一个实例，计算并给出了它的动态特性，并与实测结果进行了比较和讨论。     

极端风速条件下风力机结构动力响应特性研究

为评估极端风速条件对风力机动力响应的影响,掌握风力机运行中的不利风速条件,以某2MW陆上风力机为例,基于FAST软件分别进行极端运行阵风、极端方向变化、垂直极端风切变和水平极端风切变四种条件下的风力机动力响应计算,并将结果与稳态风作用下的结构响应对比,分析不同极端风速条件对风力机动力响应的影响。算例结果表明,垂直极端风切变对叶根挥舞弯矩变化幅值最大;俯仰弯矩是塔底的控制载荷,在持续极端风速条件的范围内,极端运行阵风是塔底俯仰弯矩的最不利风速条件;当出现极端风向变化且未进行风力机偏航操作时,载荷与振动幅值将高于原有水平,加剧风力机结构发生疲劳破坏的风险。     

水平轴风力机叶片动态响应分析

为了获得水平轴风力机叶片在时变载荷作用下的动态响应,把叶片简化成悬臂梁,利用二结点梁单元进行离散化建模,并考虑由于叶片旋转所产生的离心刚化作用和气动阻尼作用,分析叶片弯曲振动的固有动力特性。在建立叶片结构动力学运动方程、计算叶片所受时变载荷的基础上,运用Newmark法和模态叠加原理对风力机叶片的动态响应进行计算,编制相应的有限元计算程序。以某1.0MW风力机为例,仿真其在湍流风场作用下的发电工况,获得其叶片的结构动力响应。仿真结果表明,大型水平轴风力机叶片在工作过程中承受较大的振动和变形,离心刚化和气动阻尼作用都对其结构动力响应有着较大影响。     

结构动态响应的求解方法分析

在结构的动态响应分析中,由于离散结构的自由度很多,各种矩阵的阶教一般都非常高,使得求解需要花费很长时间.为了尽量缩短计算时间,提高计算精度,选择合适的算法显得尤为重要.介绍了直接积分法、模态叠加法、缩聚法和基于简谐激励求解结构动响应的基本原理和特点,并通过分析比较一悬臂梁的动态响应计算结果,总结出这几种方法求解结构动响应的优缺点,从而为求解结构动响应提参考.     

基于有限元法的风力机塔架结构动态分析

将有限元技术与模态分析理论相结合,在有限元软件的基础上研制了一套用于风力机塔架结构的动态分析程序系统。讨论了模型建立、载荷施加、边界条件和模态参数的计算,并给出了应用实例及结果分析。     

求解复杂结构系统动态响应的一种方法

提出求解复杂结构系统动响应的一种计算方法。推导了子结构动响应的计算公式,利用静凝聚技术将每个子结构的内部坐标凝聚到界面坐标上,根据界面协调条件,求出界面的物理量,然后回代到各个子结构计算其内部的动响应。通过这样的方法进行综合分析,便于解复杂结构系统的动响应问题。最后给出算例。     

动态载荷激励下的床身结构动力学响应

考虑到数控加工系统的振动及噪声问题,建立了数控机床床身的参数化有限元模型,在模态分析基础上计算固有频率与振动幅值。以简谐力作为动态激振载荷,在350-800Hz频率段进行扫频计算,获得了位移—频率和应力—频率曲线,确定了各阶共振频率点的响应幅值,谐振响应结果表明第2阶模态频率对床身的危害性较大。采用Full方法(完全法)对床身进行瞬态动力学分析,计算出了时域下的位移和加速度响应曲线,分析了机床启动阶段冲击载荷对床身的激励影响。在参数化建模基础上实现了床身结构动力学优化,使其动力学性能得到有效改进,有利于数控机床的高速化发展。     

大型风力机塔架的静动态分析

基于有限元理论进行了600 kW风力机塔架的静动态分析。根据塔架的力学特性,首先讨论了模型的简化、载荷的计算和边界条件等问题。在静态分析中主要讨论了塔架在有无门洞时各种工况下的承载能力。在动态分析中,为了研究地基对结构的影响,假定在硬地基和弹性地基情况下,研究了塔架的前六阶频率和模态以及机舱和叶轮对塔架频率的影响。并对以上结果进行了对比,得出各种模型对分析结果的影响,为进一步研究奠定了基础。     

起重船-风机吊装系统动力学模型仿真分析

海上风机的安装是以起重船为支撑浮在海上进行作业的,使得海上风机的安装将会受到船体摇荡的影响而产生摆动,因而有可能在安装过程中造成风机的损坏。所以必须对海上风机在安装过程中起重船和风机的动态特性进行分析和研究。建立了12自由度的船体-风机耦合多体动力学模型。在模型中考虑了船体在海面上的纵荡、横荡、升沉、横摇、纵摇和首摇6个自由度以及风机的面内、面外摆角和风机的横摇、纵摇和首摇5个自由度以及吊索的弹性变形。然后对起重船和风机的动态特性进行了分析。仿真结果表明,吊索的释放速度、海浪频率以及海浪浪高对风机的摇摆影响。     

地震及多风况下风力机塔架动力响应

为分析不同风速的湍流风与地震联合作用下大型风力机塔架动力学响应,以美国可再生能源实验室(NREL) 5 MW风力机为研究对象,基于考虑土-构耦合效应的Wolf理论,利用动态入流理论及Prandtl理论修正的叶素动量理论计算气动力,基于FAST软件预留数据接口开发了地震载荷计算模块,建立了湍流风与地震联合作用下的风力机仿真模型;计算了5组风速与30种强度地震耦合共150种工况下的风力机塔架动力学响应。结果显示：额定风速下,塔顶位移响应受地震激励影响明显;低风速下地震作用对塔架加速度响应影响较大,高风速的湍流风会加剧塔架剪切力和弯矩响应;湍流风与地震联合作用时,塔顶位移及剪切力和塔基剪切力及弯矩的临界地面加速度峰值随风速的增大先增大再减小,塔顶加速度的临界地面加速度峰值在高风速下随风速增大而增大。     

风力发电机叶片气动弹性响应分析

风力机属于涡轮机械,随着风力机单机功率的不断提高,气动弹性问题逐渐得到重视。发展了一种适用于风力机风轮叶片的气动弹性计算方法,该方法以Marc通用有限元计算程序为基础平台,将气动力计算程序写入子程序中,并根据子程序的调用特点,实现了在每个增量步中,气动和结构边界条件的相互交换。最后给出一个计算算例,得到的计算结果与实际的使用情况相符合。     

风力机系统的动力学性能分析

采用叶素动量理论对风力机进行气动力的计算分析,用VC开发计算程序,将计算的气动载荷加载到风力机ADAMS仿真模型上,在MATLAB/Simulink下建立风力机传动系统的仿真模型;将传动系统模型同ADAMS模型进行联合,实现对风力机系统总体性能的联合仿真.将仿真数据同国际风力发电专用计算软件计算数据比较,表明该联合仿真方法可以较好地模拟风力机的总体性能.     

750kW风力发电机齿轮箱动力学分析

某750 kW风力发电机投入运行以来,其增速齿轮箱的齿轮故障经常发生.针对750 kW风力发电机齿轮箱的齿轮传动系统故障,运用新的齿轮参数配置方案,建立了虚拟样机;在ADAMS中进行了动力学分析,找出了系统中的薄弱齿轮,并对此薄弱齿轮进行了疲劳寿命分析,计算寿命满足使用要求,证明了该方案的可行性.     

大兆瓦风电齿轮箱动力学模型的响应标定与修正

可靠的动力学仿真模型是振动改善的重要手段.以5.2 MW风电齿轮箱台架传动链动力学模型为例,以行业内的经验建模方法为基础,对动力学建模、响应评估与标定做了阐述.基于灵敏度优化方法对齿轮啮合动力学模型进行修正.最终修正后动力学模型的振动响应准确度较好,表明本文中的经验建模方法结合灵敏度优化方法,可建立比较可靠的动力学模型,是一种有效方法.     

极端载荷下风力机耦合动力学分析

在极端载荷作用下,风力机结构会产生振动和变形,影响正常运行,严重时会导致风力机损坏。因此,风力机设计必须考虑其耦合振动稳定性。通过对风力机模型的简化,建立了在极端载荷作用下由叶片、机舱、塔架组成的风力机系统动力学模型和运动方程。利用Matlab/Simulink仿真软件进行振动模拟仿真,仿真数据同实验数据比较,结果表明该模型可以较好的模拟风力机在极端载荷作用下的振动特性,对于提高风力机的总体性能以及风力机的总体设计具有重要的理论价值和实践意义。     

3MW风电齿轮箱的动力学分析

建立了3MW风电齿轮箱的动力学模型,以齿轮系统的传动误差为激励源,分别求得了由第一级和第二级齿轮啮合传动误差引起的加速度响应,并对其模态柔度进行了分析。通过对系统的共振性能进行详细分析,表明系统的振动峰值是由于第二级齿轮啮合频率和系统的第18阶和第19阶固有频率发生共振引起的。对风电齿轮箱的动力学分析及进一步的优化设计具有一定的参考和帮助。     

基于整机传动链的风电齿轮箱动力学分析

齿轮箱是风力发电机组中的重要组成部分,其在整机环境下的动力学表现是决定齿轮箱寿命甚至整机寿命的关键因素。利用多体动力学仿真软件Simpack建立了刚体-柔体耦合的某MW级风力发电机组整机多体动力学传动链模型,通过将Simpack传动链模型所计算得出的固有频率与Bladed软件计算结果和理论计算结果相比较,验证了该模型的可靠性和准确性。基于该传动链模型进行了在频域上和时域上的多体动力学仿真求解,对整机传动系统进行了模态分析,对其潜在的共振可能进行了评估,分析了轴不对中对齿轮箱动力学性能的影响,最后通过试验验证了上述分析方法和评估手段的正确性。