水平轴风力机疲劳特性动力学分析
发布时间：2021-05-19 23:03
叶片是风力发电机组的关键部件之一,在很大程度上决定了风力发电机组的性能和寿命。随着我国风电机组运行时间的增加,在设计初期的一些缺陷也随之暴露出来,很多风机由于振动或疲劳而损坏。本文以水平轴风力机叶片为主要研究对象,想要找出一条适用于分析风力机叶片结构动力学及疲劳寿命的分析方法,为风力机组叶片的设计提供依据。本文首先对疲劳分析的基础理论和风力机叶片的载荷计算进行了简单的介绍,分析了疲劳的类型及寿命的估算方法,并结合风力机的受力情况,确定了风力机叶片疲劳分析的方法。对于风力机耦合系统的动态响应计算,是基于动量-叶素理论和广义坐标系下的拉格朗日方程,利用模态分析法建立了风轮／机舱／塔架耦合系统的运动方程,并使用Fortran语言编制成的仿真程序,分别对风力机叶片的固有特性和风力机耦合系统的动态响应进行了计算分析；对于模态的分析,采用了迭代法取代了文献中的矩阵法,并将两种方法进行了对比分析,发现迭代法可以取得更好的数值计算精度。对于Tjareborg风力机的计算,利用GH开发的Bladed软件进行了分析计算,得到叶片根部的挥舞、摆阵和扭转的弯矩,并根据根部的受力情况计算出根部的等效应力值,最后...
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 选题背景及研究意义
1.2 风能利用发展现状和趋势
1.3 风力机结构动力特性分析发展现状
1.3.1 国外研究动态
1.3.2 国内研究动态
1.4 风力机叶片复合材料发展现状及趋势
1.5 风力机叶片中的疲劳问题及研究现状
1.6 主要研究内容及方法
第2章 疲劳分析基础理论
2.1 引言
2.2 一般的疲劳分析术语
2.3 疲劳的类型
2.4 疲劳寿命估算方法的确定
2.5 材料的疲劳性能介绍
2.5.1 S-N曲线
2.5.2 疲劳极限及疲劳极限图
2.6 疲劳累计损伤理论
2.6.1 线性疲劳累计损伤理论
2.6.2 非线性疲劳累计损伤理论
2.7 本章小结
第3章 风力机叶片载荷分析
3.1 叶片气动载荷分析及设计理论基础
3.2 重力引载荷
3.3 惯性离心力载荷
3.4 合成载荷计算
3.5 疲劳载荷谱分析及处理
3.5.1 雨流计数法原理
3.5.2 雨流计数法物理模型及计数条件
3.5.3 载荷谱分析
3.6 风速分布模型
3.7 本章小结
第4章 风力机叶片动态响应特性分析
4.1 模态法及模态分析
4.2 运动方程的建立及求解
4.3 动态响应算例分析
4.3.1 模型介绍
4.3.2 全攻角翼型数据的扩展
4.3.3 动态响应:中低风速
4.3.4 动态响应:额定风速
4.3.5 小结
4.4 本章小结
第5章 风力机叶片疲劳分析
5.1 叶片复合材料疲劳特性及疲劳分析准则
5.2 模型介绍
5.3 载荷计算
5.4 叶片疲劳特性分析
5.5 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
攻读硕士学位期间参加的科研工作
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]风力机疲劳问题分析[J]. 张峥,陈欣. 华北水利水电学院学报. 2008(03)
[2]复合材料与风机叶片[J]. 陈绍杰. 高科技纤维与应用. 2007(03)
[3]失速型风力发电机系统振动仿真分析[J]. 何婧,何玉林,金鑫,刘桦. 重庆大学学报(自然科学版). 2007(05)
[4]风力发电复合材料叶片的现状与未来[J]. 张晓明. 纤维复合材料. 2006(02)
[5]复合材料在风力发电上的应用发展[J]. 马振基,林育锋. 高科技纤维与应用. 2005(04)
[6]风力机叶片载荷谱及疲劳寿命分析[J]. 李德源,叶枝全,陈严,包能胜. 工程力学. 2004(06)
[7]风力机玻璃钢叶片疲劳寿命分析[J]. 李德源,叶枝全,陈严,包能胜. 太阳能学报. 2004(05)
[8]风力发电机耦合转子/机舱/塔架的气弹响应[J]. 王介龙,陈彦,薛克宗. 清华大学学报(自然科学版). 2002(02)
[9]雨流计数法及其统计处理程序研究[J]. 阎楚良,王公权. 农业机械学报. 1982(04)
硕士论文
[1]水平轴风力机结构动力学研究[D]. 尹景勋.华北电力大学（北京） 2009
[2]风电叶片载荷分析与结构初步设计[D]. 宗多.华北电力大学（北京） 2009
[3]水平轴风力机叶片多目标优化设计及结构动力学分析[D]. 韩新月.汕头大学 2008
[4]风力机桨叶动力学特性研究[D]. 常明飞.沈阳工业大学 2006
[5]风力机旋转叶片动力特性及响应分析[D]. 信伟平.汕头大学 2005
[6]风力发电机组机械零部件抗疲劳设计方法的研究[D]. 岳勇.新疆农业大学 2005
[7]基于有限元法的塔式起重机钢结构疲劳寿命研究[D]. 王进.重庆大学 2005
本文编号：3196593
【文章来源】：华北电力大学(北京)北京市 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：61 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
1.1 选题背景及研究意义
1.2 风能利用发展现状和趋势
1.3 风力机结构动力特性分析发展现状
1.3.1 国外研究动态
1.3.2 国内研究动态
1.4 风力机叶片复合材料发展现状及趋势
1.5 风力机叶片中的疲劳问题及研究现状
1.6 主要研究内容及方法
第2章 疲劳分析基础理论
2.1 引言
2.2 一般的疲劳分析术语
2.3 疲劳的类型
2.4 疲劳寿命估算方法的确定
2.5 材料的疲劳性能介绍
2.5.1 S-N曲线
2.5.2 疲劳极限及疲劳极限图
2.6 疲劳累计损伤理论
2.6.1 线性疲劳累计损伤理论
2.6.2 非线性疲劳累计损伤理论
2.7 本章小结
第3章 风力机叶片载荷分析
3.1 叶片气动载荷分析及设计理论基础
3.2 重力引载荷
3.3 惯性离心力载荷
3.4 合成载荷计算
3.5 疲劳载荷谱分析及处理
3.5.1 雨流计数法原理
3.5.2 雨流计数法物理模型及计数条件
3.5.3 载荷谱分析
3.6 风速分布模型
3.7 本章小结
第4章 风力机叶片动态响应特性分析
4.1 模态法及模态分析
4.2 运动方程的建立及求解
4.3 动态响应算例分析
4.3.1 模型介绍
4.3.2 全攻角翼型数据的扩展
4.3.3 动态响应:中低风速
4.3.4 动态响应:额定风速
4.3.5 小结
4.4 本章小结
第5章 风力机叶片疲劳分析
5.1 叶片复合材料疲劳特性及疲劳分析准则
5.2 模型介绍
5.3 载荷计算
5.4 叶片疲劳特性分析
5.5 本章小结
第6章 结论与展望
6.1 结论
6.2 展望
参考文献
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果
攻读硕士学位期间参加的科研工作
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]风力机疲劳问题分析[J]. 张峥,陈欣. 华北水利水电学院学报. 2008(03)
[2]复合材料与风机叶片[J]. 陈绍杰. 高科技纤维与应用. 2007(03)
[3]失速型风力发电机系统振动仿真分析[J]. 何婧,何玉林,金鑫,刘桦. 重庆大学学报(自然科学版). 2007(05)
[4]风力发电复合材料叶片的现状与未来[J]. 张晓明. 纤维复合材料. 2006(02)
[5]复合材料在风力发电上的应用发展[J]. 马振基,林育锋. 高科技纤维与应用. 2005(04)
[6]风力机叶片载荷谱及疲劳寿命分析[J]. 李德源,叶枝全,陈严,包能胜. 工程力学. 2004(06)
[7]风力机玻璃钢叶片疲劳寿命分析[J]. 李德源,叶枝全,陈严,包能胜. 太阳能学报. 2004(05)
[8]风力发电机耦合转子/机舱/塔架的气弹响应[J]. 王介龙,陈彦,薛克宗. 清华大学学报(自然科学版). 2002(02)
[9]雨流计数法及其统计处理程序研究[J]. 阎楚良,王公权. 农业机械学报. 1982(04)
硕士论文
[1]水平轴风力机结构动力学研究[D]. 尹景勋.华北电力大学（北京） 2009
[2]风电叶片载荷分析与结构初步设计[D]. 宗多.华北电力大学（北京） 2009
[3]水平轴风力机叶片多目标优化设计及结构动力学分析[D]. 韩新月.汕头大学 2008
[4]风力机桨叶动力学特性研究[D]. 常明飞.沈阳工业大学 2006
[5]风力机旋转叶片动力特性及响应分析[D]. 信伟平.汕头大学 2005
[6]风力发电机组机械零部件抗疲劳设计方法的研究[D]. 岳勇.新疆农业大学 2005
[7]基于有限元法的塔式起重机钢结构疲劳寿命研究[D]. 王进.重庆大学 2005
本文编号：3196593
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