粘弹性阻尼层叶片颤振特性与阻尼特性研究

摘要

叶片是风力机捕捉风能的关键部件，随着风力机机型的增大，风力机叶片展向长度也随之加大。风力机叶片是展向长、弦向短、刚度小、易发生振动的弹性体，在惯性力、离心力和气动力耦合作用下，叶片会出现颤振、扭曲现象。叶片一旦发生颤振，将产生大振幅的剧烈振动，严重时会产生裂纹、甚至发生断裂破坏，造成严重的后果。因此，对大型风力机柔性叶片颤振问题的研究，是风力机动力学设计的一项十分重要的内容。
　　本文建立2MW风力机叶片有限元模型，并通过计算叶片在重力作用下产生的最大静应力进行理论计算和有限元计算，验证了模型的合理性。对模型进行了模态分析，得到了叶片的固有频率和振型，通过固有频率发现叶片一阶摆振和二阶弯曲频率非常接近，具有拍振的动态特性，找到叶片发生颤振的原因。研究了叶片拍振机理及特性分析。
　　在叶片的展向和弦向设置了动态响应考察点。对叶片实施弯曲方向激振，用ANSYS有限元的动力学瞬态分析法，分别进行启动风速、切出风速、极限风速下的拍振响应分析，并与额定风速下的拍振响应进行对比，以及叶片四种铺层方式的拍振响应分析及不同阻尼层对拍振响应特性的分析对比。
　　研究结果表明，风速仅影响叶片拍振幅值，不影响拍振周期;阻尼层层数对叶片的拍振响应和拍振周期的影响不大;铺层角度的不同，对叶片拍振响应和周期的影响都很大。因此合理选择铺层的角度可有效减小大型叶片的拍振幅值，可为大型叶片的振动抑制和风力机组高效稳定安全运行提供理论依据和支持。

目录

声明

摘要

第一章 绪论

1．1 研究背景及工程意义

1．2 国内外研究现状

1．2．1 拍振的研究现状

1．2．2 颤振的研究现状

1．3 本文研究内容及方法

第二章 风力机叶片模态分析

2．1 叶片有限元模型

2．1．1 叶片结构

2．1．2 叶片的有限元建模

2．2 叶片有限元模型合理性验证

2．3 叶片模态分析

2．3．1 模态分析

2．3．2 叶片固有频率和振型

2．4 本章小结

第三章 拍振的机理分析

3．1 拍振现象

3．1．1 拍振基本原理

3．1．2 拍振分析

3．2 颤振机理概述

3．2．1 颤振

3．2．1 颤振分析

3．2．2 叶片颤振分析

3．3 本章小结

第四章 叶片拍振响应特性分析

4．1 叶片瞬态分析

4．2 弯曲方向激振的拍振响应特性

4．2．1 2MW风力机叶片基本参数

4．2．2 额定风速下叶片弦向拍振响应分析

4．2．3 额定风速下叶片展向拍振响应分析

4．3 本章小结

第五章 拍振响应的计算与分析

5．1 不同风速对耦合拍振的影响

5．1．1 叶片拍振分析的四种风速

5．1．2 计算及结果分析

5．2 不同粘弹性阻尼层对耦合拍振特性的影响

5．2．1 粘弹性阻尼材料简介

5．2．2 粘弹性阻尼材料特性

5．2．3 计算及结果分析

5．3 不同铺层结构对耦合拍振的影响

5．3．1 铺层的一般设计原则

5．3．2 计算及结果分析

5．4 本章小结

第六章 结论及展望

参考文献

发表论文和参加科研情况说明

致谢