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。     

基于流固耦合的风力机叶片变形研究

文章利用ANSYS Workbench中的Fluid Flow(CFX)与Transient Structural平台对实木和环氧树脂材料叶片进行双向流固耦合数值模拟,分析了流固耦合作用下风力机叶片的变形情况和叶片变形对风力机尾迹流场和输出功率的影响。分析结果表明:在额定风速下,叶尖位置变形最大,实木材料叶片的最大变形量为18.72mm,远大于环氧树脂材料叶片的最大变形量(4.88 mm),随着风速的增大实木材料叶片变形更明显;实木材料叶片风力机的尾迹叶尖涡涡量较大,尾迹速度扰动更加强烈,速度亏损也较多,风轮输出功率较大。     

基于一次近似模型的风力机叶片振动频率分析方法

为分析风力机叶片在旋转时的振动频率,采用刚-柔耦合一次近似模型,并考虑离心刚化效应,推导叶片在旋转时的动力学方程,并给出叶片的刚度和质量矩阵的表达式。最后,计算某风力机叶片在不同转速和不同轮毂半径下的振动频率。计算结果表明,一次近似模型中的刚-柔耦合效应对叶片旋转时的各阶振动频率均有较大影响。研究结果对风力机叶片的动力学设计具有一定参考价值。     

风力机叶片及塔架流固耦合分析

采用ANSYS Workbench软件,对国内某200 kW水平轴风力机流场进行数值模拟,计算出风力机叶片表面的压力分布和旋转域速度分布。通过对X方向不同截面总压、湍动能和涡粘性分布情况进行分析,得到了风力机下风向上述3个物理量的变化规律。将风力机流场的计算结果施加到固体计算中,进行风力机叶片和塔架整体的流固耦合模拟计算,分析得出风力机叶片、塔架应力和变形量的分布情况。最后进行模态分析,得到其前十阶振动频率和振型,为风力机安全运行和叶片的优化设计提供参考。     

风力机风轮模态局部化的动力学机理与影响因素分析

该文对风力机叶片损伤导致风轮模态局部化的动力学机理与影响因素进行研究。首先从代数特征值角度,揭示模态局部化的动力学机理,发现结构产生模态局部化的主要原因是存在密集模态。其次,建立NREL 5 MW风轮结构的有限元模型,分析叶片失谐度、模态阶数和失谐位置对风力机风轮结构模态局部化的影响。结果表明：叶片损伤失谐会造成叶片的振型发生显著变化,产生模态局部化现象;同时在某些模态下,系统振动能量集中于损伤叶片,会加速叶片损伤,致使其产生疲劳破坏。因此在风力机结构设计时,需考虑模态局部化对风力机结构的动力学特性影响。     

静止与旋转状态下风轮模态的对比分析

将建立的5 MW风力机风轮实体模型导入ANSYS软件中,模拟得到风轮在静止与旋转工况下的模态振型及频率,分析了转速对风轮模态的影响。结果表明:静止风轮振型以挥舞振动为主,风轮的每3阶模态频率较为接近,且风轮具备对称与反对称振型;旋转风轮振型以挥舞振动与摆振振动的混合振型为主,且某些阶次的模态频率基本相当。     

基于实测风场的沿海风力机叶片流固耦合特性分析

采用无人机测风手段实测获得某沿海风电场的风场特征，将所测量的风场参数应用到后续数值模拟中。以某2 MW风力机叶片全尺寸模型为研究对象，基于Workbench平台建立流固耦合系统进行计算，通过对比近尾流风速分布的数值模拟结果与实测结果来验证数值计算的准确性，进而计算额定风速下旋转叶片的挥舞变形和等效应力等响应。结果表明：风力机叶片的挥舞变形在0°方位角时最大，最大变形为1916.4 mm，接近静力加载试验最大挥舞工况结果 2299 mm；相同方位角下的挥舞变形沿着叶片展向呈非线性增大，0.60倍风轮半径处变形增长速度明显提高。叶片等效应力集中区位于大梁和前缘侧交界处，最大值出现在60°方位角下0.78倍风轮半径处，同时在风轮高度方向上呈非对称分布。     

叶片数目对风轮位移和应力的影响

以NREL 5 MW风力机单叶片风轮为基础,利用UG建模软件分别建立两叶片、三叶片和四叶片风轮模型,并基于ANSYS Workbench软件对额定工况下的风轮模型进行流固耦合计算,结果表明:两叶片、三叶片和四叶片风轮的最大位移均发生在各风轮的叶尖位置,其中,四叶片风轮的位移最大,稳定性最差;两叶片风轮所承受应力不及三叶片与四叶片风轮的一半,侧面反映了两叶片风轮风能捕集能力不足。综上所述,相比于两叶片与四叶片风轮,三叶片风轮更具有优势,揭示了三叶片风轮的风力机成为市场主流风力机的主要原因。     

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.     

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。