大型风力机复合材料叶片的结构阻尼研究

摘要

本文着重研究复合材料风力机叶片的结构阻尼。在风力机系统当中，叶片是必不可少的部分，叶片的结构和强度对风力发电机的可靠性起决定作用。大型风力机叶片多采用薄壁多闭室复合材料结构形式，因此，对复合材料薄壁梁结构阻尼的研究具有非常重要的理论和工程应用价值。
　　首先，本文研究了双闭室复合材料薄壁梁的耦合固有振动特性。基于变分渐进法（VAM）和Hamilton原理，建立双闭室复合材料薄壁梁振动方程；采用Galerkin法对薄壁梁进行自由振动分析，获得了固有频率的近似解。
　　其次，基于单层混杂材料的细观力学阻尼计算方法和多胞模型,分别获得单层复合材料的等效阻尼特性和等效弹性特性；在获得薄壁梁振动模态矢量的基础上，根据最大应变能理论，对薄壁梁的模态阻尼性能进行预测，并且将双闭室复合材料薄壁梁的阻尼预测结果与现有的有限元计算结果进行对比，验证了阻尼分析模型的有效性。
　　第三，针对箱型及翼型双闭室复合材料箱形薄壁梁，进行阻尼计算，揭示了纤维铺层角、截面宽高比、纤维含量和温度等因素的影响。
　　最后，在比例阻尼假设的基础上，将复合材料结构阻尼引入复合材料薄壁梁自由振动方程，采用四阶龙格-库塔法数值积分，计算得到复合材料薄壁梁自由振动响应曲线，分析了双闭室复合材料薄壁梁的自由振动响应特性。

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Contents

1 绪 论

1.1 引 言

1.2 复合材料板及梁结构阻尼研究现状

1.3 宏/微观阻尼分析理论

1.4 复合材料薄壁梁的振动固有频率研究现状

1.5 复合材料薄壁梁的振动模态阻尼研究现状

1.6 主要研究内容

2 复合材料力学分析基础

2.1 复合材料介绍

2.2 单层复合材料的宏观力学性能分析

2.3 层合板的刚度的宏观力学性能

2.4 本章小结

3 复合材料闭合薄壁梁的固有振动特性

3.1 引 言

3.2 复合材料闭合薄壁梁的动能与应变能表达式

3.3 自由振动方程表达式

3.4 固有频率结果分析及讨论

3.5 本章小结

4 复合材料闭合薄壁梁的模态阻尼

4.1 引 言

4.2 复合材料单层的偏轴刚度与偏轴阻尼特性

4.3 复合材料薄壁梁的应变能密度

4.5 复合材料闭合薄壁梁的结构阻尼比

4.6 结果及讨论

4.7 本章小结

5 复合材料闭合薄壁梁结构阻尼自由振动响应

5.1 引 言

5.2 复合材料薄壁梁的结构阻尼

5.3 振动响应数值分析

5.4 本章小结

6 结论与展望

6.1 总结

6.2 展望

致谢

参考文献

攻读硕士学位期间从事科学研究及发表论文情况

附录A