离心载荷作用下风力机叶片表面应力分析
发布时间：2021-08-26 03:23
本文运用数值模拟的方法针对某加厚翼型300 W小型水平轴风力机风轮进行离心载荷作用下叶片表面应力特性规律研究。通过设定较接近叶片实际运行状态的边界条件,得到离心载荷作用下叶片表面各参考点的应力值,并利用TST5925C无线旋转遥测系统对数值模拟结果进行验证分析,旨在探究在离心载荷单独作用下,叶片表面的应力特性随转速的变化规律。结果表明:不同转速下,叶片应力集中区均位于靠近叶根最大弦长（0.2R）处的翼型截面中部0.45倍相对弦长附近,随着转速的增加,应力集中的范围逐渐向外扩展,并呈现向前缘发展的趋势,发展至叶尖区最大应力出现在0.25倍相对弦长附近;其中等效应力沿叶展方向叶根至0.5R区域减小较快,0.5R至叶尖减小趋势相对平缓。相关结论可以为小型水平轴风力机叶片应力特性的研究提供参考。
【文章来源】：工程热物理学报. 2018,39(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
风轮装酬毅型Fig.1Assemb酥model.ofwindwVeel
所示？??２．２边界条件与载荷的施加??为了提高模拟计算的精度，能够得到较好的计??算结果，对叶片进行合理的边界约束就Ｍ得尤为重??要．边界约束要尽可能接近实际叶片的约束状态，所??以将模型约束设为塔架根部与地面的接触面上。叶??片受离心载荷影响，在叶片上不同位置处会产生应??力，为了考察离心载荷作用下叶片表面的应力分布??规律，对叶片卡盘旋转轴施加离心载荷。不同离心??载荷是以叶片绕轮毂中心以不同转速旋转的形式表??现出来的，旋转中心为Ａ轴。离心载荷施加以及约??束条件如图２所示．？为使模拟计弈结果更加接近实??际情况，对叶片的材料也进行了准确的段置，叶片??采用ＰＬＡ材质，其密度为５８５．８７ｋｇ／ｍ３，弹性模遣??为０观３?ＧＰａ，泊松比为０．３７３．??图１风轮装配模型??Ｆｉｇ．?１?Ａｓｓｅｍｂｌｙ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｗｉｎｄ?ｗｈｅｅｌ??图２约束条件与载荷的施加??Ｆｉｇ．?２?Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ?ａｎｄ?ｔｈｅ?ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｌｏａｄ??２．３数值模拟可靠性分析－实验验证??２．３．１实验方案??实验叶片的翼型结构与数值模拟建模所用翼型??及材料持性一致，通过叶片表面相应参考点粘贴应??变片的方式进行Ｋ验验证，基子ＴＳＴ５９２＆Ｃ旋转机??械应力应变无线遥测系统，动态信号有线采集系统??与传统接触式测请方法相同，将动态信号传感器布??鴛于被测叶片相应测点，通过倍号线将应变传感器??与逼测主机连接，实现动态信号的釆集；遥酒償号??由主机天线发射无线倍号通过无线路巾器接收，再??将接收的动态信号无线传输至数据采集控制计算机??进行记录和分析＾实
杜鹏程等：离心载荷作用下风力机叶片表面应力分析??１９６７??９期??图３旋转叶片动态应变实验测试系统??Ｆｉｇ．?３?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｔｅｓｔ?ｓｙｓｔｅｍ?ｆｏｒ?ｄｙｎａｍｉｃ?ｓｔｒａｉｎ?ｏｆ??ｒｏｔａｔｉｎｇ?ｂｌａｄｅ??２．３．２数值模拟与实验结果对比分析??通过调节变频器频率，获得风轮在转速５４５??ｒ／ｍｉｎ的旋转工况下叶片表面应变分布规律，与数??值模拟施加转速ＭＳ?ｒ／ｍｉｎ?．工况下．，沿叶展提取的??相应７个测点的应变值进行对比分析，??其结果如图４所示．??从弦线方向分析，叶根截面最大等效应力出现在翼??型压力面的中部附近，即靠近翼型截面的形心位餐，??向前缘和后１缘发展均呈现不同程度减小的趋势??閉５紙力面等敦歷力分布Ｓ質??Ｆｉｇ．?５?Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｓｔｒｅｓｓ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｃｌｏｕｄ?ｍａｐ?ｏｆ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ??ｓｕｒｆａｃｅ??１６００??１４００??Ｌ?１２００??．１０００??ｔ?８００??阁６００??４００??２００??图４数值模拟与实验结果对比分析??Ｆｉｇ．?４?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ａｎｄ?ａｎａｌｙｓｉｓ?ｏｆ?ｎｕｍｅｒｉｃａｌ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ａｎｄ??ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｒｅｓｕｌｔｓ??由图４翼型压力面参考点数值模拟与实验结果??对比可知，两条曲线的趋势一致，二者的最大误差??为７主要由于实验测试号数值模拟建模所釆用??的叶片安装方式不同造成的误差．实验测试与数值??模拟得出的结果趋势基本一致，故数值模拟分析方??．法可靠??３计算结果分析??计算离心载荷作用下叶片表面等效应力的分
【参考文献】：
期刊论文
[1]气动力与离心力对风力机叶片应变特性的影响[J]. 魏海姣,汪建文,孙晓颖,董波,杨柳. 可再生能源. 2014(07)
[2]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)
[3]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)
[4]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)
[5]大型风力机叶片在不同平均风速作用下的挠度及应力分析[J]. 张建平,李冬亮,韩熠. 可再生能源. 2012(07)
[6]水平轴风力机叶片动态响应分析[J]. 刘雄,李钢强,陈严,叶枝全. 机械工程学报. 2010(12)
[7]大型水平轴风力机叶片应力特征分析[J]. 周鹏展,曾竟成,肖加余,杨军. 可再生能源. 2009(05)
本文编号：3363441
【文章来源】：工程热物理学报. 2018,39(09)北大核心EICSCD
【文章页数】：5 页
【部分图文】：
风轮装酬毅型Fig.1Assemb酥model.ofwindwVeel
所示？??２．２边界条件与载荷的施加??为了提高模拟计算的精度，能够得到较好的计??算结果，对叶片进行合理的边界约束就Ｍ得尤为重??要．边界约束要尽可能接近实际叶片的约束状态，所??以将模型约束设为塔架根部与地面的接触面上。叶??片受离心载荷影响，在叶片上不同位置处会产生应??力，为了考察离心载荷作用下叶片表面的应力分布??规律，对叶片卡盘旋转轴施加离心载荷。不同离心??载荷是以叶片绕轮毂中心以不同转速旋转的形式表??现出来的，旋转中心为Ａ轴。离心载荷施加以及约??束条件如图２所示．？为使模拟计弈结果更加接近实??际情况，对叶片的材料也进行了准确的段置，叶片??采用ＰＬＡ材质，其密度为５８５．８７ｋｇ／ｍ３，弹性模遣??为０观３?ＧＰａ，泊松比为０．３７３．??图１风轮装配模型??Ｆｉｇ．?１?Ａｓｓｅｍｂｌｙ?ｍｏｄｅｌ?ｏｆ?ｗｉｎｄ?ｗｈｅｅｌ??图２约束条件与载荷的施加??Ｆｉｇ．?２?Ｃｏｎｓｔｒａｉｎｔ?ｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓ?ａｎｄ?ｔｈｅ?ａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎ?ｏｆ?ｌｏａｄ??２．３数值模拟可靠性分析－实验验证??２．３．１实验方案??实验叶片的翼型结构与数值模拟建模所用翼型??及材料持性一致，通过叶片表面相应参考点粘贴应??变片的方式进行Ｋ验验证，基子ＴＳＴ５９２＆Ｃ旋转机??械应力应变无线遥测系统，动态信号有线采集系统??与传统接触式测请方法相同，将动态信号传感器布??鴛于被测叶片相应测点，通过倍号线将应变传感器??与逼测主机连接，实现动态信号的釆集；遥酒償号??由主机天线发射无线倍号通过无线路巾器接收，再??将接收的动态信号无线传输至数据采集控制计算机??进行记录和分析＾实
杜鹏程等：离心载荷作用下风力机叶片表面应力分析??１９６７??９期??图３旋转叶片动态应变实验测试系统??Ｆｉｇ．?３?Ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｔｅｓｔ?ｓｙｓｔｅｍ?ｆｏｒ?ｄｙｎａｍｉｃ?ｓｔｒａｉｎ?ｏｆ??ｒｏｔａｔｉｎｇ?ｂｌａｄｅ??２．３．２数值模拟与实验结果对比分析??通过调节变频器频率，获得风轮在转速５４５??ｒ／ｍｉｎ的旋转工况下叶片表面应变分布规律，与数??值模拟施加转速ＭＳ?ｒ／ｍｉｎ?．工况下．，沿叶展提取的??相应７个测点的应变值进行对比分析，??其结果如图４所示．??从弦线方向分析，叶根截面最大等效应力出现在翼??型压力面的中部附近，即靠近翼型截面的形心位餐，??向前缘和后１缘发展均呈现不同程度减小的趋势??閉５紙力面等敦歷力分布Ｓ質??Ｆｉｇ．?５?Ｅｑｕｉｖａｌｅｎｔ?ｓｔｒｅｓｓ?ｄｉｓｔｒｉｂｕｔｉｏｎ?ｃｌｏｕｄ?ｍａｐ?ｏｆ?ｐｒｅｓｓｕｒｅ??ｓｕｒｆａｃｅ??１６００??１４００??Ｌ?１２００??．１０００??ｔ?８００??阁６００??４００??２００??图４数值模拟与实验结果对比分析??Ｆｉｇ．?４?Ｃｏｍｐａｒｉｓｏｎ?ａｎｄ?ａｎａｌｙｓｉｓ?ｏｆ?ｎｕｍｅｒｉｃａｌ?ｓｉｍｕｌａｔｉｏｎ?ａｎｄ??ｅｘｐｅｒｉｍｅｎｔａｌ?ｒｅｓｕｌｔｓ??由图４翼型压力面参考点数值模拟与实验结果??对比可知，两条曲线的趋势一致，二者的最大误差??为７主要由于实验测试号数值模拟建模所釆用??的叶片安装方式不同造成的误差．实验测试与数值??模拟得出的结果趋势基本一致，故数值模拟分析方??．法可靠??３计算结果分析??计算离心载荷作用下叶片表面等效应力的分
【参考文献】：
期刊论文
[1]气动力与离心力对风力机叶片应变特性的影响[J]. 魏海姣,汪建文,孙晓颖,董波,杨柳. 可再生能源. 2014(07)
[2]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)
[3]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)
[4]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)
[5]大型风力机叶片在不同平均风速作用下的挠度及应力分析[J]. 张建平,李冬亮,韩熠. 可再生能源. 2012(07)
[6]水平轴风力机叶片动态响应分析[J]. 刘雄,李钢强,陈严,叶枝全. 机械工程学报. 2010(12)
[7]大型水平轴风力机叶片应力特征分析[J]. 周鹏展,曾竟成,肖加余,杨军. 可再生能源. 2009(05)
本文编号：3363441
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