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小型风力发电机叶片振动特性及强度分析江苏大学年月
要随着全球能源危机的进一步恶化,风能作为可再生能源在世界各国越来越受到重视,风力发电技术得到了长足的发展。风力机的风轮叶片是风力机的关键部件,叶片的气动特性影响着风能转化率,因此风力机叶片的设计及研究是整台风力机设计的关键环节。对于小型水平轴风力机叶片,当其运行时,由于受到气动力、惯性力以及自身重力的耦合作用,会产生振动。由于对叶片的强度、刚度及稳定性等问题研究不够,叶片容易在运行中损坏从而导致风力机无法运行。因此,对风力机叶片的设计、振动及强度分析尤为重要。随着有限元方法的日益成熟,采用有限元软件可以有效的实现风力机叶片的动力学及强度分析。本文首先以空气动力学为基础,结合风力机的相关基本理论,采用将设计模型与辛魃杓颇P拖嘟岷系姆椒ǎ水平轴风力机叶片进行了设计及建模。其次,利用砑⒘朔缌镀挠邢拊DP停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,并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影响最为明显,在叶片的动力学分析计算中应予以考虑。其结果对于风力机叶片的动力学设计及控制具有一定的参考价值。第三,对风力机叶片所受的气动载荷根据动量一叶素理论以及流体力学相关知识进行了计算求解,并分析比较了不同载荷对叶片强度分析结果的影响。结果表明,稳态风况下,重力载荷对小型水平轴风力机叶片的影响较小,可以忽略;惯性载荷对叶片的影响较大,江苏大学硕士学位论文.
尤其在叶片高速旋转状态时比较明显。对叶片的应力分析显示,叶片的最大等效应力出现在叶片中部的翼型前缘处。最后,总结了本文所做的主要工作,并指出了存在的问题和今后的研究方向。关键词:风力机叶片,有限元法,模态分析,应力刚化,气动载荷,强度分析小型风力发电机叶片振动特性及强度分析Ⅱ
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