考虑旋转软化效应的涡轮叶片模态特性研究

在献（３）的基础上,进一步探讨了高速旋转时,离心惯性力产生的旋转软化效应对增压器涡轮叶片模态特性的影响。介绍了旋转软化效应的理论基础,给出了考虑旋转软化效应的三维振动方程有限元列式。在一维情形下,进行了旋转软化及应力刚化模态问题的讨论。对献（３）中的涡轮进行了仅考虑旋转软化效应及同时考虑旋转软化和应力刚化的模态分析。计算结果表明,仅考虑旋转软化时,旋转状态涡轮叶片的固有频率较零速时低;但与应力     

大型风力发电机旋转叶片结构动力特性分析

大型风力发电机叶片的结构动力特性是叶片结构设计时考虑的重要方面,其固有自振频率对于整个风力机的安全运行具有重要意义。文章基于现代柔性多体动力学理论和有限元数值分析相结合的方法,对5MW风力发电机叶片的固有振动特性进行分析。结合复合材料叶片结构特性及结构参数,建立了5 MW风机复合材料叶片有限元模型,计算了考虑动力刚化及阻尼效应影响下的固有频率和振型,揭示了动力刚化效应对叶片固有频率的影响规律;并结合坎贝尔图,对叶片进行了共振分析,为叶片的结构设计及优化提供了参考依据。     

基于旋转软化的汽轮发电机组轴系振动研究

利用有限元法建立了汽轮发电机组轴系试验台模型,分析了陀螺力矩、应力刚化及旋转软化效应对弯曲和扭振模态的影响,导出了相应的动力学方程,运用程序计算了该轴系试验台模型的扭转、弯曲及弯扭耦合振动.结果表明：扭转振动影响到轴系的安全运行,存在多种形式的弯扭耦合振动;旋转软化效应对第一、第二阶弯曲反进动模态产生显著影响;应力刚化效应进一步提高了第三阶弯曲正进动模态频率;考虑应力刚化及旋转软化效应的影响,可求得扭振模态频率及临界转速;与梁模型相比,采用实体单元时的仿真度高,计算结果更准确.     

基于旋转软化的风力发电机叶片动力学研究

在考虑旋转软化效应的条件下,研究了风力发电机叶片在不同转动状态下的挥舞、摆振、扭转及耦合振动.结果表明:叶片各阶振动频率随转动速度的增大而增大,旋转软化导致振动频率相应降低;旋转软化对低频摆振的影响很大,对其他振动模态影响较小.随着旋转速度的变化,叶片各阶振动频率的变化幅度也不同,会导致相互之间的耦合振动.耦合振动时,扭转振动模态中含有挥舞振动模态,挥舞振动模态中又含有扭转振动模态.耦合振动具有更大的破坏性.     

基于旋转软化的转子弯曲振动研究

利用有限元法,分别建立了梁及实体转子模型,研究弯曲振动特性。考虑转动惯性、陀螺力矩、应力刚化及旋转软化效应,导出了相应的动力学方程。开发程序计算了转子的正、反进动频率、临界转速等。计算表明:旋转软化效应显著影响了转子弯曲的反进动模态,应力刚化则进一步影响了正进动模态。不同弯曲振动模态受到的影响不同,具有非线性特性。与梁模型相比,采用实体模型计算转子的弯曲振动,仿真度高,便于准确求解,同时也拓宽了转子动力学分析范围。     

基于流固耦合的风力机模态分析

风力机大型化的发展趋势对风力机自身动力学特性的要求越来越高,开展风力机模态分析对于风力机的设计至关重要。文章采用k-ωSST紊流模型和滑移网格技术,对美国国家可再生能源实验室5 MW海上风力机进行了流固耦合模态分析。结果表明,旋转风轮中各叶片变形相互影响,并与轮毂的弹性变形成为一个耦合系统,其固有频率相对于单叶片有较大幅度降低;动力刚化效应使得叶片的固有模态频率增加;考虑风轮的流固耦合效应时,风轮的自振频率要比不考虑流固耦合效应时低;整机在流固耦合作用下一阶模态值大于旋转频率,大于波浪的频率,不会发生共振。     

考虑叶片旋转及土-结构相互作用对风电结构动力特性影响的研究

风力发电建设场地土特性及叶片转速变化会引起风力发电机动力特性及响应发生变化。基于西北地区某风电场的2 MW三桨叶水平轴风力发电机,利用ANSYS软件建立风力发电机整机模型,考虑叶片旋转及土-结构相互作用对风力发电机动力特性的影响,研究风力发电机在不同叶片转速、不同场地条件及两者共同作用下的动力特性变化规律,并利用坎贝尔图分析上述工况下风力发电机的共振特性。结果表明:叶片转速增加使风力发电机的自振频率逐渐增大,塔筒与叶片的耦合变形使频率增长加快;考虑土-结构相互作用时,风力发电机频率降低,且场地土越软风力发电机频率越小;当两种工况共同作用时,叶片旋转只对一阶频率产生影响,对高阶频率影响甚微,且风力发电机频率降低;考虑叶片旋转时风力发电机在1P转频内不产生共振点,在3P转频内一阶频率的共振点为14 r/min。此外在不同场地土下风力发电机均会产生共振点,其中Ⅲ类土的共振频率最远离额定转频。因此在风电场的场地选择、结构设计及日常运行时应注意其动力特性变化,使其频率远离共振区域,为风力发电机安全运行提供保障。     

风力机旋转风轮振动模态分析

对水平轴风力机旋转风轮振动模态计算分析方法和影响固有频率计算结果的因素进行了研究。应用多体动力学的方法，探讨了旋转叶片动力刚化效应产生的原因；考察了叶片动力刚化效应以及玻璃钢／复合材料的各向异性性质对叶片振动模态的影响；通过自行开发的前处理软件建立叶片实体模型，运用ANSYS结构分析软件对所设计的600kW风力机旋转风轮的振动模态作了仿真分析，得到了风力机复合材料叶片动力刚化效应振动模态数值分析结果，并对结果进行了分析比较。     

考虑应力刚化影响的风力机叶片振动模态分析

利用ANSYS软件建立了500 W风力机叶片的有限元模型。基于振动分析的基本理论,分析了应力刚化对风力机叶片固有频率的影响,研究了旋转状态下叶片振型的变化规律。通过比较不同转速下的仿真结果发现,叶片旋转越快,应力刚化对固有频率的影响越大,特别是对低阶固有频率的影响最为明显,在叶片的动力学分析计算中应予以考虑。研究结果对风力机叶片的动力学设计及控制具有一定的参考价值。     

振动下传对T型叶根三联叶片模态阶序的影响

采用三维8节点非协调单元有限元模型,对汽轮机调节级T型叶根三联叶片在静止和工作状态下的振动特性进行了计算分析.计算中考虑了工作状态下温度的影响和离心力作用使得轮缘周向尺寸增大,造成叶根松动,导致振动延伸到叶根部分的情况.计算结果表明：振动下传不仅导致旋转状态下的固有频率小于相应的静止状态下的值,而且由于叶片参振结构和质量的重新组合,导致叶片模态阶序发生了转移和变化.在静止时,叶片的第1阶固有振动为切向振动,第2阶固有振动为轴向振动,而旋转状态下,第1阶固有振动变成了轴向振动,第2阶固有振动变成了切向振动.图6表1参5     

小型水平轴风力机叶片的振动性能的研究

利用振动与噪声测试和分析系统，对小型300W叶片进行实验模态分析。使用BSWA VS302 USB双通道声学振动分析仪对输入和响应信号进行测量和参数辨识，再通过ME’scope VES软件分析来获得叶片的模态特性参数，可以为今后叶片优化设计提供参考。     

水平轴风力机风轮结构特性综合剪裁

基于静态与动态测试技术,对水平轴风力机风轮的结构特性进行了综合剪裁。在静态结构特性方面,用单点加集中荷载所得数据来综合评定受分布荷载作用的风轮叶片的强度及变形特性。为风轮叶片强度设计提供有效的判据。在动态测试方面,应用ＤＡＳ动态信号分析与故障诊断系统,对水平轴风力机的风轮叶片进行了试验模态分析,通过测量风轮叶片的振动信号,得到了风轮叶片的各阶模态分布,为风力机总机的总体优化设计提供了可靠的依据。     

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。     

Modal re‐analysis of rotary wind turbine blades in refinement design

A modal re‐analysis approach is proposed for refinement designs of rotary wind turbine blades on the basis of matrix perturbation methods. The approach entails effects of stress stiffening, spin softening, uncertainty of material properties and structural modifications of blades. Three perturbation methods are used to conduct the re‐analysis approach, including the standard perturbation method and two improvements proposed by H. C. Hu and S. H. Chen, respectively. Numerical results of a typical wind turbine blade indicate that the two improved methods deliver better accuracy than the standard perturbation method in terms of eigenpairs. In application to blade designs, Chen's method is suitable for a multi‐step modal re‐analysis with explicit small parameters and cultivates the first‐order and second‐order perturbations of eigenpairs as well. In contrast, Hu's method is a better choice for a single‐step modal re‐analysis without determining any small parameter explicitly and directly offers approximate eigenpairs instead of somehow tedious perturbation processes. Copyright © 2012 John Wiley & Sons, Ltd.     

水平轴风力风轮静态结构特性试验研究

提出了一种研究水平轴风力机风轮静态结构特性的测试方法，用单点加集中荷载所得数据来综合评定受分布荷载作用的风轮叶片的强度及变形特性，用于检验风轮叶片结构设计的合理性，获得在定常荷载作用下，叶片受力的危险截面，以小型水平轴风力机FD2-300的风轮叶片为例进行了试验研究。获得了该叶片的危险截面，试验证明：通过以抗弯截面系数和定常荷载作用下的截面弯矩曲线的颁上为判据进行叶片结构形状合理性分析是一种快速、实用的测试方法，可为研究风力机气动弹性稳定性和改进风轮叶片设计提供判据。