基于多体模型的水平轴风力机固有特性分析

发布时间：2021-04-23 11:56

　　现代大型风力机具有叶片、主轴和塔架等部件柔性较大的特性,引起系统的动力学特性及其分析方法不同于传统的相对刚性的风力机系统。本文研究针对大型风力机在风轮静止和变速转动下的振动模态及其变化特点,研究弹性变形、惯性和陀螺效应引起的系统各阶模态变化及其对系统气弹稳定性的影响。研究对于大型风力机系统的设计和保证安全稳定运行具有较重要的理论和工程应用价值。基于美国可再生能源实验室（NREL）的5兆瓦水平轴风力机作为分析模型,采用超级单元模型将柔性构件离散为带有力元弹簧和阻尼器的旋转铰连接特定个数的刚体。通过对线性特征值分析方法的研究,结合动力学分析软件ADAMS,建立了整机系统的多体系统模型,对静止状态下整机系统的线性特征值问题进行了分析,得到了该状态下系统的前10阶固有频率和振型,研究了各部件相对运动对振动形态的耦合影响；然后,考虑柔性构件较大的弹性变形所带来的非线性特性和风轮转动所带来的系统时变特性,应用刚性积分方法对系统的非线性控制方程进行数值求解,通过频域分析方法,实现了风轮旋转条件下系统运转模态识别,对系统前十阶模态的变化及其影响因素进行了详细的讨论和分析。此外,根据风力机的结构特点,构... 

【文章来源】：广东工业大学广东省

【文章页数】：63 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
目录
CONTENTS
第一章 绪论
    1.1 风力机发展趋势
    1.2 风力机的模态分析发展概况
    1.3 本课题探究的意义
    1.4 本文的主要工作
    1.5 论文的主要框架
第二章 风力机混合多体系统
    2.1 多体系统拓扑构型
        2.1.1 树系统
        2.1.2 非树系统
    2.2 常见运动副的运动学
        2.2.1 旋转铰
        2.2.2 万向节
    2.3 超级单元模型
    2.4 超级单元参数估计
    2.5 本章小结
第三章 对风力机混合多体系统建模
    3.1 风机叶片离散模型
    3.2 塔架离散模型
    3.3 轮毂、主轴与机舱属性
    3.4 风力机总体属性
    3.5 本章小结
第四章 叶片与风力机系统的模态分析
    4.1 风力机的动力学方程与数值求解
    4.2 单叶片静止时的模态分析
    4.3 在Adams里风力机系统的离散
    4.4 静止状态下风力机系统模态分析
    4.5 运转状态下系统的模态分析
        4.5.1 失败的模拟案例
        4.5.2 系统的模态分析
            4.5.2.1 叶片刚体的加速度响应并不能反映系统模态
            4.5.2.2 选择塔顶力矩来反映系统的模态
    4.6 本章小结
第五章 大型风力机系统动力学方程的建立与固有频率分析
    5.1 多体系统动力学方程
    5.2 建立带约束项多体系统动力学方程
    5.3 在Matlab里建立风力机系统离散模型及其属性
    5.4 风力机固有频率分析
        5.4.1 对风力机施加脉冲响应仿真
        5.4.2 风力机静止时的固有频率分析
        5.4.3 旋转时的固有频率分析
    5.5 本章小结
结论与展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的学术论文
致谢


【参考文献】：
硕士论文
[1]基于多体模型的水平轴风力机气弹耦合分析[D]. 莫文威.广东工业大学 2013
[2]基于多体动力学的大型风力机柔性结构动力学仿真研究[D]. 袁茂圣.广东工业大学 2012



本文编号：3155286