考虑大气稳定度和海气交换的海上风机叶片疲劳特性研究

发布时间：2017-12-03 02:20

  本文关键词：考虑大气稳定度和海气交换的海上风机叶片疲劳特性研究

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【摘要】：由于海面场地开旷,海上环境对风场干扰小,风场稳定,海上风能资源丰富。因此,国家近几年对海上风电项目加大了发展推广力度,同时对海上风力机的性能也提出了更高的要求。疲劳破坏是风力机的主要破坏形式,本文深入研究风力机周围风场特性,通过考虑大气稳定度和海气交换作用对海面风场平均和脉动特性产生的影响,以及风机叶片旋转效应对风力机动力载荷特性产生的影响,进而对海上风力机的疲劳特性展开研究。对海上风力机进行疲劳特性分析的关键是准确地刻画出风力机周围风场平均和脉动特性,众所周知,平均风速剖面和脉动风速谱是描述风场特性的重要因素,现场实测则是风特性分析的重要途径,本文基于近海区域常态风和台风的实测资料,探讨了大气稳定度和海气交换作用对平均风速剖面的影响,通过对对数律平均风剖面模型进行修正,建立了近海风场平均风剖面的模型。同时,为了剖析新模型的各个参数对风速剖面的影响,对模型参数进行了敏感性分析。对风力机叶片,本文从频域角度出发,通过研究旋转效应对风力机叶片的脉动风速谱的影响,推导了叶片上任意一点的旋转Fourier自谱和互谱的表达式。基于对比实测数据,确定旋转Fourier谱中的脉动风速谱和相干函数参数,同时,对旋转Fourier谱参数进行了敏感性分析,剖析谱参数对旋转Fourier谱产生的影响。根据对海上风力机风场的研究成果,揭示了考虑大气稳定度和海气交换作用下风力机的疲劳特性。首先基于海面平均风速剖面和旋转Fourier谱模型,通过谐波叠加法模拟出风力机周围的风场特性。然后通过ABAQUS软件建立风力机模型,通过考虑叶素-动量理论确定了风力机的输入风荷载,从而进行动力时程分析得到载荷谱。最后基于疲劳性能S-N曲线,通过雨流计数法统计得到等效载荷谱,采用线性损伤累积法计算其疲劳寿命。
【学位授予单位】：哈尔滨工业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM614
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本文编号：1247115