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电压对压电板壳风力机叶片振动的抑制研究

发布时间:2018-11-08 16:59
【摘要】:风力机叶片是风力机的关键部件,为了解决叶片受到阵风或随机风作用后振动衰减缓慢、叶片产生较大空间扭曲变形等问题,在叶片中嵌入压电材料,运用变分法、哈密顿(Hamilton)原理和扁壳理论,建立了压电板壳式复合材料叶片结构的机-电耦合动力学数学模型,并应用MATLAB软件对叶片在施加控制电压前后的响应特征进行了数值求解,根据计算结果分析了叶片各方向位移、转角随时间的变化和风载作用下控制电压对叶片振动的抑制情况。分析结果表明:施加控制电压前,叶片在受到阵风或随机风作用后,振动衰减缓慢,在给叶片中压电材料施加控制电压后,在压电材料的逆压电效应下,叶片的振动衰减迅速,在极端风速情况下能极大地提高风力机叶片的气动弹性稳定性。因此,采用压电材料,利用其逆压电效应,根据风载施加控制电压,能够有效抑制极端风载作用下叶片的振动,从而提高其服役周期。
[Abstract]:The blade of wind turbine is the key component of wind turbine. In order to solve the problems of slow vibration attenuation and large space distortion caused by gust or random wind, the piezoelectric material is embedded in the blade and the variational method is used. Based on Hamiltonian (Hamilton) principle and shallow shell theory, the mechanical-electric coupling dynamics mathematical model of piezoelectric plate-shell composite blade structure is established, and the response characteristics of the blade before and after applying the control voltage are numerically solved by using MATLAB software. According to the calculated results, the influence of the control voltage on the blade vibration under the influence of wind load and the variation of the blade displacement and rotation angle with time are analyzed. The results show that the vibration of the blade attenuates slowly after being subjected to gust or random wind before the application of the control voltage. After applying the control voltage to the piezoelectric material in the blade, the vibration of the blade attenuates rapidly under the inverse piezoelectric effect of the piezoelectric material. Aeroelastic stability of wind turbine blades can be greatly improved under extreme wind speed. Therefore, using piezoelectric material, using its inverse piezoelectric effect and applying control voltage according to wind load, the vibration of blade under extreme wind load can be effectively suppressed and its service life can be increased.
【作者单位】: 安徽科技学院机械工程学院;合肥工业大学机械工程学院;
【基金】:安徽省科技厅2017年重点研究项目(1704a0902058) 安徽省教育厅自然科学重大项目(KJ2017ZD44) 安徽科技学院重点学科资助项目(AKZDXK2015C03);安徽科技学院稳定人才基金资助项目(JXWD201602);安徽科技学院校级一般项目(ZRC2016492)
【分类号】:TH113.1

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本文编号:2319119

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