应力刚化及损伤对风机叶片模态参数影响研究

摘要

本文主要研究了风机叶片旋转引起的应力刚化效应及损伤对风机叶片模态参数的影响，分析旋转叶片应力刚化效应，并完成旋转叶片动力特性试验，同时研究考虑旋转效应的叶片损伤识别。主要研究内容如下：
　　（1）分析了旋转叶片应力刚化效应产生的机理，推导了基于有限元的应力刚化效应几何刚度矩阵表达式，分析了应力刚化效应对旋转叶片固有频率和振型的影响。对一个简化的风机叶片，计算旋转叶片固有频率和振型随转速变化规律，发现应力刚化效应使叶片的固有频率增大，且叶片频率随转速呈非线性的上升。建立了不同损伤程度的旋转叶片模型，研究了考虑旋转效应的叶片损伤识别。
　　（2）完成了旋转风机叶片动力特性试验，在叶片上布设加速度传感器、应变片，模拟4种不同程度的叶片脱层损伤，测量了叶片不同风速下的振动信号和应变。对采集的信号进行分析，统计了旋转叶片频率随转速和损伤程度变化规律，通过频率的变化验证应力刚化效应且初步识别出损伤。
　　（3）针对频率变化识别叶片损伤过程存在各种误差的问题，采用基于随机子空间算法的损伤识别方法对叶片进行损伤识别。计算了不同损伤工况不同转速的叶片损伤指标，通过损伤指标的变化识别叶片的损伤。

目录

应力刚化及损伤对风机叶片模态参数影响研究

STUDY ON EFFECT OF STRESS STIFFENING AND DAMAGE ON MODAL PARAMETERS OF WIND TURBINE BLADE

摘要

Abstract

第1章 绪论

1.1 课题背景及研究目的和意义

1.1.1 风力资源的优势

1.1.2 风力发电机的破坏

1.2 国内外关于风机叶片损伤识别研究现状

1.2.1 风机叶片健康监测

1.2.2 基于振动的损伤识别方法

1.2.3 考虑旋转效应的风机叶片损伤识别

1.3 本文主要研究内容

第2章 应力刚化及损伤对旋转叶片模态参数影响有限元模拟

2.1 引言

2.2 考虑离心力和重力的动力刚化效应

2.2.1 理论表达式推导

2.2.2 Matlab中具体编程实现步骤

2.2.3 考虑离心力和重力的应力刚化效应数值分析

2.3 旋转叶片应力刚化及损伤有限元分析

2.3.1 模型创建及说明

2.3.2 应力刚化及损伤对叶片频率影响

2.3.3 应力刚化及损伤对叶片振型影响

2.3.4 基于振型的叶片损伤识别

2.4 本章小结

第3章 旋转叶片动力特性试验及损伤分析

3.1 引言

3.2 单叶片损伤试验

3.2.1 试验方案

3.2.2 结果分析

3.3 旋转叶片动力特性试验

3.3.1 试验概况

3.3.2 实验结果分析

3.4 本章小结

第4章 基于随机子空间算法的损伤识别方法

4.1 引言

4.2 随机子空间模态参数识别方法

4.2.1 系统动力模型及其参数

4.2.2 协方差驱动的子空间识别方法

4.3 基于随机子空间算法的损伤识别方法

4.4 试验数据损伤识别分析

4.5 本章小结

结论

参考文献

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《学位论文出版授权书》

致谢