大型风能发电机叶片动态特性与失效机理研究

【摘要】：本研究课题依托国家自然科学基金项目(50765007),对大型风能发电机叶片特性进行了分析和研究。 根据750KW风力机叶片的设计参数,在UG中建立了叶片的实心悬臂梁模型和壳结构模型,并在ANSYS中分别对这两种模型进行了计算模态分析,并与国际公认的GH软件计算结果进行对比,提出了验证这两种模型的试验模态方案,但由于时间问题仅提出了简单试验方案,有待进一步研究。 由于风力机叶片具有大型化、柔性化特点,故采用柔性多体动力学方法来研究其特性更符合实际。本课题研究中应用ADAMS软件建立了风力机叶片的柔性体模型,采用载荷文档法将BLADED软件计算出的载荷施加到叶片上,这样更能与国际规范接轨,最后对柔性体叶片进行了动力特性研究,结果得到了柔性体叶片应力和变形情况。 风力机叶片是机组中的关键部件,叶片的技术状况直接影响整机性能,本课题采用虚拟样机技术对叶片进行了疲劳寿命分析,对叶片失效机理进行了探讨,这样既节省了研发成本,又方便操作。最终结果将为今后风力机叶片的研发、优化设计、故障维修等提供参考。 【关键词】：柔性体叶片 模态与振动 动态特性 载荷文档法 失效性研究
【学位授予单位】：新疆大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2011
【分类号】：TK83
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 1 绪论7-15
• 1.1 课题来源7
• 1.2 研究背景7-11
• 1.2.1 风电技术的关键7-8
• 1.2.2 失效的危害8-10
• 1.2.3 风力机叶片研究现状10-11
• 1.3 本课题研究意义11-12
• 1.4 本课题的主要工作和技术路线12-15
• 1.4.1 主要工作12-13
• 1.4.2 研究方法与技术路线13
• 1.4.3 特色与创新点13-15
• 2 叶片柔性体模型建立15-22
• 2.1 柔性多体动力学15-17
• 2.1.1 柔性多体系统坐标系15-16
• 2.1.2 多柔体系统动力学特征方程16-17
• 2.2 柔性体的建立流程17-18
• 2.2.1 柔性体的建立方法17
• 2.2.2 本课题柔性体建立流程17-18
• 2.3 风力机柔性体叶片建模18-21
• 2.3.1 实心梁叶片模型建立19-20
• 2.3.2 壳结构叶片模型建立20-21
• 2.3.3 柔性多体风轮建模21
• 2.4 本章小结21-22
• 3 叶片载荷的计算与施加22-30
• 3.1 叶片载荷22-25
• 3.2 载荷计算25-26
• 3.3 叶片载荷的处理与施加26-29
• 3.3.1 方法一：表达式拟合法27
• 3.3.2 方法二：随机载荷的文档输入法27-29
• 3.4 本章小结29-30
• 4 柔性多体风轮动力学分析30-36
• 4.1 动力学仿真模拟30-34
• 4.1.1 柔性多体风轮仿真30-33
• 4.1.2 刚性体风轮仿真33-34
• 4.2 仿真结果对比分析34-35
• 4.3 本章小结35-36
• 5 叶片模态振动分析36-45
• 5.1 模态分析36-37
• 5.1.1 模态振动理论36-37
• 5.1.2 有限元分析法37
• 5.2 叶片计算模态分析37-42
• 5.2.1 实心梁叶片模态分析38-40
• 5.2.2 壳结构叶片模态分析40-41
• 5.2.3 BLADED 计算模态41-42
• 5.3 叶片试验模态设计方案42-44
• 5.3.1 实验目的42
• 5.3.2 实验仪器及材料42-43
• 5.3.3 实验操作43
• 5.3.4 实验数据后处理43-44
• 5.4 本章小结44-45
• 6 疲劳失效研究45-56
• 6.1 叶片疲劳寿命研究45-53
• 6.1.1 疲劳损伤累积45-46
• 6.1.2 叶片S-N 曲线46-47
• 6.1.3 叶片疲劳寿命计算47-53
• 6.2 叶片模态对稳定性的影响53
• 6.3 叶片失效机理研究53-55
• 6.3.1 失效分析思路53-54
• 6.3.2 叶片失效机理54-55
• 6.4 本章小结55-56
• 7 总结和展望56-58
• 7.1 论文总结56
• 7.2 提出的前瞻性问题56-58
• 参考文献58-61
• 在校期间发表论文清单61-62
• 致谢62

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