基于脉冲激励响应的风力机叶片结构阻尼计算

针对大型风力机叶片气弹振动问题,提出一种基于脉冲响应的大型风力机柔性叶片结构阻尼有效分析方法.采用一种5自由度的超级单元,将柔性叶片离散成由若干超级单元构成的多体系统,基于计算多体系统动力学中的R-W方法建立了叶片的动力响应模型.以美国可再生能源实验室(NREL)发布的5 MW近海风力机叶片为研究对象,通过分析叶片在脉冲激励下的动力学响应得到其传递函数,由半功率带宽法计算叶片在静止和运转工况下的挥舞与摆振结构阻尼,从而为确定叶片气弹稳定性的边界提供依据.该研究对于指导叶片结构与气动外形设计、帮助确定其气弹稳定性边界具有重要意义.     

动力刚化系统动力学建模方法的研究

具有大范围、高速运动的柔性体，即使在小变形范围内，运动和变形的耦合将产生动力刚化现象，本文提出一种研究动力刚化系统新的方法，建立了求解动力刚化系统逆问题的数学模型，拓宽了动力刚化问题的研究范围，该项研究对以柔性体为代表的航天器中的构件、机器人和高速机构等机械诉设计、动力学仿真和减振控制，具有重要意义。     

5 MW风力机叶片弯扭耦合特性分析

疲劳载荷是影响风力机叶片运行寿命的重要载荷,利用叶片固有特性之一的弯扭耦合特性,是降低叶片疲劳载荷的重要方式之一.采用有限元方法研究了5 MW风力机叶片的弯扭耦合特性,给出了在相同载荷作用下,梁帽不同铺层角度、不同铺层材料和叶片不同主梁结构的叶片扭转角度、摆振方向弯曲角度和耦合系数的分布规律.结果表明,铺层角度、叶片材料及内部结构都是影响叶片的弯扭耦合特性的重要因素.     

碳纤维与玻璃钢风力机叶片动力特性的对比分析

以NREL 5 MW风力机叶片为研究对象,分析了碳纤维与玻璃钢(GRP)材料的叶片和风轮在静止工况下的模态频率与振型,对比了两种叶片在额定工况下的应力与位移。研究结果表明:两种材料的叶片均表现出较高的抗扭能力,碳纤维风轮的抗摆振能力更强;碳纤维与GRP叶片位移及应力分布相似,刚度较低的GRP叶片使得其位移响应值很大、应力响应值相对较小。     

基于流固耦合的叶片动力特性分析

在考虑耦合流场与旋转预应力条件下,建立了对应的叶片流固耦合系统的动力特性方程.采用ANSYS与FLUENT对整体叶片的耦合模态进行了计算,并利用实验获得气流压力脉动数据,对叶片振动进行了瞬态分析.结果表明:在旋转预应力与耦合流场压力作用下,叶片模态频率约有9Hz的上升,模态振型的最大位移位置点转移,振动方向改变,前三阶相对振幅分别从29.128,19.400,44.566下降到28.945,19.285,44.562;叶片最大变形和加速度位于前缘的上端,最大应力点集中在叶片根部一侧.     

海上随机风速作用下风力机叶片动力响应分析

通过自行编制的Davenport风谱程序建立了更加贴近实际工况的风场,以UG建立的叶片三维实体模型为研究对象,对海上随机风速作用下风力机叶片的位移和应力响应进行了数值模拟与分析.结果表明:叶片最大挥舞振幅及其承受的最大Mises应力均随平均风速的增加而增大;最大挥舞振幅沿翼展方向呈非线性增大趋势,并在叶尖处达到振幅最大;最大Mises应力出现在叶片中部靠近前缘的位置,而在叶根和叶尖部位相对较小.     

风力发电机复合材料叶片振动特性分析

针对风力发电机复合材料叶片振动特性问题,以5 MW风力发电机叶片为研究对象,通过复合材料基础确定叶片铺层方案;借助有限元法对复合材料叶片静态固有频率和运行时固有频率展开分析。结果表明：叶片第1阶固有频率为0.887 Hz,叶片前6阶模态振型均未出现扭转振动,表明该叶片抗扭转性能较好;叶片旋转时离心力使得叶片前6阶固有频率均增大,其中对叶片第1阶固有频率提升可达3.6%,对叶片第6阶固有频率仅提高0.44%;且叶片在实际运行时第1阶固有频率分别高出叶片旋转频率1P和3P为77.5%和32.5%,不发生共振现象。     

含动力刚化项的一般多柔体系统动力学研究

为获取柔性体的动力刚化项,将任意形状柔性体的非线性变形场表达为直至广义坐标的二阶小量形式．在小变形条件下,用Green应变张量得到了柔性体的耦合形函数．把约束引入多柔体系统,依据Kane方程建立了包含动力刚化项的一般柔性多体系统动力学方程．通过数值仿真算例,界定了传统多柔体系统动力学建模方法的适用范围．     

一般柔性体连续系统的动力学建模方法

基于Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理,建立了考虑刚弹耦合作用的一般柔性体连续系统的动力学模型,并针对在水平面内作大范围回转运动的柔性梁,在Ｅｕｌｅｒ－Ｂｅｒｎｏｕｌｉ梁模型的假设前提下,根据轴向不可伸长的柔性梁的几何约束条件,采用假设模态法,推导出柔性梁有限维离散化动力学方程。研究表明,作大范围回转运动的柔性梁,由于运动和变形的耦合将产生动力刚化现象。文中最后给出了仿真算例,验证了该方法的有效性。     

非惯性系下旋转柔性叶片的动力学分析

旋转柔性叶片是汽轮机关键零部件,针对叶片振动损伤问题,考虑经历大范围运动的柔性叶片刚性运动与弹性变形运动之间的相互耦合,应用哈密顿原理建立了旋转柔性叶片非线性动力学控制方程.考虑旋转离心惯性力的影响以及轴向变形与横向变形之间的耦合,基于假设模态法对方程进行离散,研究了不同转速下梁端部位移的响应.研究结果表明,刚性旋转运动对柔性叶片端部位移的响应具有明显的影响,并且由于离心力的存在,出现了动力刚化现象,文中所用方法及数值仿真结果可用于研究旋转柔性叶片的振动失效问题.     

基于不同厚度兆瓦级风力机叶片动态特性研究

针对基于风能成本得到兆瓦级风力机不同厚度叶片的动态特性问题,考虑离心动力刚化、风剪切耦合影响,利用ANSYS软件对三种叶片模型进行动态特性分析.比较不同厚度叶片在常运行风速U0=10m/s时的动态响应情况.研究表明,离心动力刚化对不同厚度叶片固有频率产生较大影响;在低阶情况下,随着叶片厚度增加,其同阶固有频率增加;不同厚度叶片在同阶固有频率附近处位移响应振幅不同.风力机叶片动态特性的研究为工程人员合理设计不同厚度的叶片结构提供了一定的理论依据.     

风力机复合材料叶片静强度分析与铺层设计

文章采用有限元方法层合板模型分析风力机叶片在气动力、离心力和重力载荷下的静强度,气动力由动量-叶素理论获得并采用接触对加载,结果表明气动力是影响叶片强度的主要载荷,其次是离心力和重力,后二者可忽略;铺层方向测试表明:纤维沿展向铺层最佳,沿切向最差;铺层方向组合和变厚度叶片分析表明:铺层沿展向略微交错强度高于不交错;8个铺层方案对比获得最佳方案为从根部到梢部依次采用实心、5mm和3mm铺层,最小变形和应力接近极限情况。     

在非惯性系中研究动力刚化问题

正确认识动力刚化问题,对深入研究航天器动力学和合理建立柔体动力学的数值计算模型意义重大.应用非惯性坐标系中的力学问题的理论来研究动力刚化问题,给出两类研究动力刚化问题的计算模型,明确了动力刚化问题的物理意义,探索了正确处理零次建模的途径.这样处理动力刚化问题,表现出与其他学者的研究有实质性的差异.     

汽轮机末级叶片动力特性的有限元计算

以国产600MW汽轮机末级1029mm叶片为研究对象,分析汽轮机叶片的动力特性。首先,建立汽轮机叶片的实体模型和有限元模型。以结构动力学和刚体动力学基本方程为理论基础,将叶片简化根部完全固定的悬臂梁结构。通过大型有限元软件ANSYS Workbench计算出末级叶片在静止状态和不同转速下的前6阶模态频率和振型,得出模态频率随转速的变化曲线。同时,对叶片进行频率响应分析,得到了激振力作用下叶片的振动位移和应力分布。     

某舰用雷达天线及天线座结构系统动力设计

按动力设计思想，对某舰用雷达天线及天线座结构系统进行模态分析，根据结构固有频率和振型分析，采取适当措施改进设计，满足了设计指标要求     

塔式起重机柔性臂回转制动过程动力分析

基于塔式起重机回转制动工况的实际模型,抛弃吊臂为刚体且作匀减速运动这一假设,在柔性塔身和吊臂的相对转动之间施加一阻力矩,视吊臂为柔性体,并考虑塔身的弹性变形,将塔机等效为平面柔性多体系统,考虑吊臂大运动和变形之间的耦合,建立了塔机回转制动工况的动力学分析模型,并以某实际塔机为例证明了本模型的正确性。吊臂在作减速运动的同时还和塔身一起发生振动。     

水平轴风力机的叶片设计与基于CFD的流场分析

选用NACA44系列翼型,基于经典的Glauert旋涡理论进行风轮模型设计。在FLUENT软件中采用不可压N-S方程和k-ωSST两方程湍流模型对该风力机进行三维旋转流场的数值模拟,得到流场的流动细节与流动特性,从而对风力机流场进行分析。探索性地研究了三维旋转流场物性参数的分布特征以及叶片周围流场的分布规律。     

叶片刚度对风力发电机组载荷的影响

为了研究受叶片刚度变化影响的载荷灵敏度问题,提出利用柔性多体动力方程对全耦合风机进行建模的方法,并考虑叶片旋转时产生的空气动力、重力及离心力作用对叶片进行模态分析,求解叶片的气动阻尼.运用Newmark法对风力发电机组叶片进行动态分析计算,得到总的动态响应载荷.以某3 MW风力发电机组为例,计算叶片在不同刚度下的载荷敏感度,仿真其在额定风速下的正常发电情况,获得其叶根、塔底、偏航轴承以及轮毂的载荷.仿真结果表明,叶片刚度降低导致叶根载荷减小,但是塔底、偏航轴承载荷增加;叶根XY、塔底Z、偏航轴承Y及轮毂Z方向载荷变化较为敏感.