风轮叶片材料属性对模态性能影响的研究
发布时间：2022-12-10 02:30
风力发电技术正逐步取代原有的能源类型,成为全世界人们关注的新型发电技术。但是由于自然界风速多变,会对风力机产生激振效应,引起风力机产生颤振、共振进而形成疲劳损伤,产生损伤情况的主要原因与设计风力机时选用的翼型以及材料有一定关系。然而对于风力机结构受翼型及叶片材料影响的研究相对较少,所以探究运行过程中风力机叶片翼型及材料对风力机动态结构特征及影响因素对指导风力机安全运行有着积极的意义。本文首先选取NACA4415翼型,环氧玻璃钢材料的叶片,分析密度、弹性模量、泊松比等因素对固有频率的影响。通过对木质和PLA为材质的某S翼型叶片开展模态性能研究,计算分析得到更适用于风力机叶片的材料。同时基于此材料对质量分布不均匀的叶片进行模态性能分析,得出动频曲线图以及应力云图。然后从固有频率、动频特性等方面提出叶片结构的合理化改进方案。本文依靠大量的数值模拟计算经验以及查阅国内外相关文献,证明此分析方法的合理性较高。本文利用模态分析法,通过数值模拟计算对影响风轮叶片模态性能的材料属性因素进行分析。研究结果表明:泊松比对叶片的各阶振动频率的影响相对较小;弹性模量、密度对各阶振型频率的影响较大。然后,通过对...
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究现状
1.2.1 国外研究进展
1.2.2 国内研究进展
1.3 选题的目的及意义
1.4 本文研究内容
第二章 风力机基本理论
2.1 空气动力学
2.1.1 贝兹理论
2.1.2 叶素-动量理论(BEM)
2.2 模态分析法
2.2.1 自由振动的特征值
2.2.2 多自由度系统模态分析
2.3 响应理论
2.4 旋转机械动频理论
2.4.1 动频基本公式
2.4.2 动频系数
2.5 本章小结
第三章 风轮模型建立与计算
3.1 实体建模
3.1.1 风力机模型的建立
3.1.2 流场建模
3.2 网格划分
3.2.1 网格划分-流场
3.2.2 网格划分-结构场
3.3 边界条件的设定
3.3.1 流场条件设定
3.3.2 结构场设定
3.4 本章小结
第四章 结果分析
4.1 数值模拟计算可靠性验证
4.2 材料属性对叶片固有频率的影响
4.3 某S翼型两种材料的模态性能对比分析
4.3.1 动态频率计算
4.3.2 共振图
4.3.3 不同材质的叶片额定工况下应力特性
4.4 不同质量分布对叶片模态性能的影响分析
4.4.1 叶片分段模型数值模拟计算的可行性分析
4.4.2 两段式分割叶片的模态性能分析
4.4.3 三段式分割叶片的模态性能分析
4.5 翼型对模态性能的影响
结论
1 结论
2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论及科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]分段式结构对风力机塔架振动特性的影响分析[J]. 程友良,薛占璞,渠江曼,蒋衍. 噪声与振动控制. 2017(03)
[2]风力机旋转叶片的刚柔耦合动力学响应特性分析[J]. 赵荣珍,芦颉,苏利营. 兰州理工大学学报. 2016(06)
[3]风力机不同风况的动力学响应研究[J]. 吴攀,李春,李志敏,叶舟. 中国电机工程学报. 2014(26)
[4]风力发电机叶片振动特性有限元分析[J]. 袁启龙,马娜,周新涛,杨明顺,孔令飞. 机械科学与技术. 2014(05)
[5]风力机叶片动态应变分布特征的研究[J]. 白叶飞,汪建文,赵元星,魏海姣,张立茹,侯亚丽. 可再生能源. 2014(03)
[6]风力机风轮振动特性研究[J]. 马剑龙,汪建文,魏海姣,董波. 工程热物理学报. 2014(03)
[7]基于Davenport谱风机叶片旋转状态下的应力分析[J]. 张建平,韩熠,李冬亮,任建兴,胡丹梅. 沈阳工业大学学报. 2014(03)
[8]大型风力机叶片全尺寸静力测试分析[J]. 王超,李军向,张石强,丁惢. 玻璃钢/复合材料. 2014(02)
[9]风力机叶片优化设计及模态分析研究[J]. 单丽君,王萌. 机械设计. 2014(02)
[10]大型风力机复合材料叶片结构动力特性分析[J]. 邢帅恒,周里群,李玉平. 机械强度. 2014(01)
博士论文
[1]漂浮式风力机动态响应及气动特性研究[D]. 刘强.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2014
硕士论文
[1]风轮与塔架振动特性关联性的实验研究[D]. 蒋祥增.内蒙古工业大学 2017
[2]基于动态特性的高速列车轮对结构参数影响分析[D]. 孟令洋.西南交通大学 2015
[3]风力机叶片气动性能及振动特性研究[D]. 张佳.湘潭大学 2014
[4]水力机组暂态诱发厂房机墩结构振动分析[D]. 王剑.昆明理工大学 2013
[5]强风作用下大功率风力机的振动响应研究[D]. 张彪.浙江大学 2011
本文编号：3715870
【文章页数】：63 页
【学位级别】：硕士
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摘要
Abstract
第一章 绪论
1.1 研究背景
1.2 研究现状
1.2.1 国外研究进展
1.2.2 国内研究进展
1.3 选题的目的及意义
1.4 本文研究内容
第二章 风力机基本理论
2.1 空气动力学
2.1.1 贝兹理论
2.1.2 叶素-动量理论(BEM)
2.2 模态分析法
2.2.1 自由振动的特征值
2.2.2 多自由度系统模态分析
2.3 响应理论
2.4 旋转机械动频理论
2.4.1 动频基本公式
2.4.2 动频系数
2.5 本章小结
第三章 风轮模型建立与计算
3.1 实体建模
3.1.1 风力机模型的建立
3.1.2 流场建模
3.2 网格划分
3.2.1 网格划分-流场
3.2.2 网格划分-结构场
3.3 边界条件的设定
3.3.1 流场条件设定
3.3.2 结构场设定
3.4 本章小结
第四章 结果分析
4.1 数值模拟计算可靠性验证
4.2 材料属性对叶片固有频率的影响
4.3 某S翼型两种材料的模态性能对比分析
4.3.1 动态频率计算
4.3.2 共振图
4.3.3 不同材质的叶片额定工况下应力特性
4.4 不同质量分布对叶片模态性能的影响分析
4.4.1 叶片分段模型数值模拟计算的可行性分析
4.4.2 两段式分割叶片的模态性能分析
4.4.3 三段式分割叶片的模态性能分析
4.5 翼型对模态性能的影响
结论
1 结论
2 展望
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论及科研成果
【参考文献】：
期刊论文
[1]分段式结构对风力机塔架振动特性的影响分析[J]. 程友良,薛占璞,渠江曼,蒋衍. 噪声与振动控制. 2017(03)
[2]风力机旋转叶片的刚柔耦合动力学响应特性分析[J]. 赵荣珍,芦颉,苏利营. 兰州理工大学学报. 2016(06)
[3]风力机不同风况的动力学响应研究[J]. 吴攀,李春,李志敏,叶舟. 中国电机工程学报. 2014(26)
[4]风力发电机叶片振动特性有限元分析[J]. 袁启龙,马娜,周新涛,杨明顺,孔令飞. 机械科学与技术. 2014(05)
[5]风力机叶片动态应变分布特征的研究[J]. 白叶飞,汪建文,赵元星,魏海姣,张立茹,侯亚丽. 可再生能源. 2014(03)
[6]风力机风轮振动特性研究[J]. 马剑龙,汪建文,魏海姣,董波. 工程热物理学报. 2014(03)
[7]基于Davenport谱风机叶片旋转状态下的应力分析[J]. 张建平,韩熠,李冬亮,任建兴,胡丹梅. 沈阳工业大学学报. 2014(03)
[8]大型风力机叶片全尺寸静力测试分析[J]. 王超,李军向,张石强,丁惢. 玻璃钢/复合材料. 2014(02)
[9]风力机叶片优化设计及模态分析研究[J]. 单丽君,王萌. 机械设计. 2014(02)
[10]大型风力机复合材料叶片结构动力特性分析[J]. 邢帅恒,周里群,李玉平. 机械强度. 2014(01)
博士论文
[1]漂浮式风力机动态响应及气动特性研究[D]. 刘强.中国科学院研究生院（工程热物理研究所） 2014
硕士论文
[1]风轮与塔架振动特性关联性的实验研究[D]. 蒋祥增.内蒙古工业大学 2017
[2]基于动态特性的高速列车轮对结构参数影响分析[D]. 孟令洋.西南交通大学 2015
[3]风力机叶片气动性能及振动特性研究[D]. 张佳.湘潭大学 2014
[4]水力机组暂态诱发厂房机墩结构振动分析[D]. 王剑.昆明理工大学 2013
[5]强风作用下大功率风力机的振动响应研究[D]. 张彪.浙江大学 2011
本文编号：3715870
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