小型风力发电机叶片模态特性分析

以800W水平轴风力发电机叶片为对象,研究其叶片的模态特性．从理论上介绍了应力刚化和旋转软化对叶片固有频率的影响,并给出了考虑应力刚化和旋转软化效应的振动方程;利用ANSYS软件建立了有限元模型,分别对风力发电机叶片在仅考虑应力刚化或旋转软化时,以及同时考虑应力刚化和旋转软化时的模态特性进行了计算分析．计算结果表明：应力刚化对固有频率的影响比旋转软化大;仅考虑旋转软化时,叶片的固有频率比零旋转角速度时低;而综合两者的影响时,叶片的固有频率比零旋转角速度时高．     

风力发电机复合材料叶片结构特性分析

随着对风力发电机叶片性能要求的提高,新型复合材料在风力发电机叶片制造中的应用得到了广泛的关注与研究。由于新型复合材料及风力发电机叶片结构具有一定的复杂性,因此风力发电机复合材料叶片的结构特性很难计算。文章基于FAST软件,以1.5 MW风力发电机复合材料叶片为例,运用有限元原理将叶片分成若干叶素面,通过描述各个截面的几何形状、内部结构以及材料等来建立叶片模型,对风力发电机复合材料叶片的结构特性进行了分析研究。     

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。     

5MW风力发电机复合材料叶片结构力学特性分析

大型风力发电机复合材料叶片的强度、刚度和抵抗屈曲等结构力学特性对风机的性能及寿命有重要的影响。文章结合MATLAB和ANSYS有限元建模方法,建立了含有铺层信息的复合材料叶片三维有限元模型,对5MW风力发电机叶片进行了静态结构力学特性分析;定义了两种极端运行工况,分析和计算了极端工况载荷作用下的叶尖位移及力学特性,得到了应力最大的关键区域及屈曲特征。将仿真分析结果与FAST软件计算结果进行对比,验证了该方法的有效性,为进一步地分析和铺层厚度优化提供了可行的方法和参考依据。     

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。     

风力机旋转叶片的多体动力学数值分析

在现代柔性多体系统动力学理论的框架上，研究了风力机叶片的空间旋转运动与其弹性变形问的耦合关系；对旋转叶片进行有限元离散，采用凯恩（Kane）方法，建立了一般形式的大型风力机叶片柔性多体动力学方程；结合大型叶片几何构形特点，导出了旋转叶片的空间梁单元动力矩阵的显式形式；以1．5MW风力机叶片为例，计算了该叶片的固有频率并与常规有限元数值分析结果进行了比较，体现了旋转叶片的动力刚化效应，更准确地反映了叶片的动力学特性。     

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。     

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     

叶片和塔架振动对风电传动系统外载荷的影响

应用二结点梁单元建立风力发电机叶片和塔架的结构模型,并结合风力发电机叶片的气动载荷计算模型、传动系统模型、发电机模型和变速变桨距控制系统模型,得到可考虑叶片和塔架结构动力响应影响的风力发电机传动系统动态外载荷计算模型。应用该动态外载荷计算模型,计算风力发电机传动系统在正常运行条件下的动态外载荷,并对叶片和塔架结构振动对风力发电机传动系统动态外载荷的影响进行分析。