大型风力机复合材料叶片弯扭耦合特性研究
发布时间：2022-01-02 00:17
风力机叶片的大型化使得其柔度增加,变形效应显著,同时使得其质量增加,叶片承受的载荷增大。弯扭耦合叶片在风载荷的作用下,发生弯曲变形的同时产生扭转变形,可用于降低叶片承受的冲击载荷,拓宽风力机正常运行的风速范围。本文研究了大型风力机复合材料叶片弯扭耦合效应的产生机理、弯扭耦合特性的描述方法,从解析解、实验解和数值解的角度研究了弯扭耦合特性,设计了5MW弯扭耦合叶片。论文的主要研究内容及成果如下：（1）从材料耦合和结构耦合两个方面阐述了大型风力机复合材料叶片的弯扭耦合效应。提出了描述叶片弯扭耦合特性的节点位移法,该方法定义了基于叶片等效梁模型节点位移的弯扭耦合向量和等效弯扭耦合系数,从变形的角度将弯扭耦合特性视为叶片的整体属性,将结构耦合和材料耦合均考虑在内。对弯扭耦合效应的产生机理及弯扭耦合特性描述方法的研究为叶片弯扭耦合特性分析奠定了基础。（2）将风力机叶片简化为复合材料层合板梁,基于经典层合板理论,推导了弯曲和扭转变形的计算公式,从材料耦合角度解释了层合板梁的弯扭耦合现象；推导了在集中力作用下,悬臂复合材料层合板梁弯扭耦合向量和等效弯扭耦合系数的解析表达式；研究了材料耦合、结构耦合中...
【文章来源】：华北电力大学河北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１典型叶片主梁结构??
Ｆｉｇ．?１－２?Ｂｅｎｄ－ｔｗｉｓｔ?ｃｏｕｐｌｉｎｇ?ｂｌａｄｅ??图ｌ－２ａ）中，通过将叶片翼型上下面的纤维布铺层角度作偏轴镜像对称布置，??使得叶片具有弯扭賴合特性。图１－化）中，将叶片外形轴线制作成逐渐偏离变奖??轴线的弯曲型式，且指向与旋转方向相反，当挥舞方向气动载荷作用于叶片上时，??将产生沿变奖轴线的扭矩，使得叶片发生扭转变形，从而具有弯扭稱合特性。??弹性裁剪已被广泛地应用于飞机的结构设计中，直到上世纪９０年代开始，??才逐渐引入到风力机叶片的结构设计中。Ｋａｒａｏｌｉｓ等通过对小型叶片玻璃钢??复合材料的对称镜像叠层设计，实现了叶片在弯曲变形的同时伴随着扭转变形，??完成了对输出能量的控制。??扫掠叶片的研究起步较晚，美国Ｓａｎｄｉａ国家实验室做了一系列相关研究。文??献口３］提出了使用碳纤维梁帽的扫掠叶片，实现了叶片的弯扭禪合；文献［４３］设??计了一个２７米长的ＳＴＡＲ扫掠叶片，并与２４米原型叶片进行了对比试验，证明??了扫掠叶片可Ｗ提高功率输出。Ｓｃｏｔｔ?Ｌａｒｗｏｏｄ等人［４４’４５１设计Ｔ一个２８米长的后??掠叶片
个层次对叶片弯扭賴合特性进行深入研究，最后给出了弯扭耕合特性在大型风力??机叶片中的应用。??本文研究的技术路线如图１－３所示。根据设计的技术路线，本论文的研究内??容主要包括Ｗ下几部分：??（１）
【参考文献】：
期刊论文
[1]全复合材料主承力梁结构研制与分析验证[J]. 崔深山,万爽,张涛,仝凌云,房冬青. 宇航材料工艺. 2016(01)
[2]浅谈真空灌注工艺成型条件及常见缺陷修复[J]. 沈葛,孙洲. 天津科技. 2014(06)
[3]真空灌注低成本成型工艺及其应用研究[J]. 罗鹏,高兰宁,李贤德,戴芳芳. 玻璃纤维. 2014(01)
[4]5MW风力机叶片弯扭耦合特性分析[J]. 赵鹤翔,安利强,周邢银,王璋奇. 华北电力大学学报(自然科学版). 2013(04)
[5]风力机叶片截面弯曲刚度有限元分析方法[J]. 靳交通,潘利剑,彭超义,曾竟成. 太阳能学报. 2013(02)
[6]多能高效的测试新军——摄像测量的研究及应用进展[J]. 尚洋,于起峰. 中国测试. 2013(01)
[7]风电叶片用真空灌注型环氧树脂及其复合材料性能研究[J]. 李艳菲,李敏,顾轶卓,张佐光. 玻璃钢/复合材料. 2012(04)
[8]大型风力发电叶片变形的摄像测量方法研究[J]. 苑云,张小虎,朱肇昆,孙祥一,尚洋. 计算机应用. 2012(S1)
[9]智能夹层风力机叶片振动主动控制研究[J]. 乔印虎,韩江,刘春辉,陈杰平. 太阳能学报. 2012(02)
[10]基于弯扭耦合的自适应风力机叶片设计[J]. 刘旺玉,龚佳兴,刘希凤,张鑫. 太阳能学报. 2011(07)
博士论文
[1]彩色数字全息系统及其材料检测应用研究[D]. 楼宇丽.昆明理工大学 2013
[2]数字全息在实时动态测量和信息隐藏中的应用研究[D]. 朱竹青.南京师范大学 2013
[3]彩色数字全息及其在材料变形检测中的应用研究[D]. 桂进斌.昆明理工大学 2013
[4]大型风机叶片气动性能计算与结构设计研究[D]. 李军向.武汉理工大学 2008
硕士论文
[1]基于机器视觉的面内转角测量方法的研究[D]. 纪贤瑞.中国科学技术大学 2014
[2]节能彩钢型材变形性能研究[D]. 王雪力.重庆大学 2014
[3]数字采样云纹法及其应用[D]. 王竹林.大连理工大学 2013
[4]直升机桨叶变形摄像测量技术研究[D]. 刘荣明.南京航空航天大学 2012
[5]基于影子云纹法的封装基板翘曲测量系统研究[D]. 宋劭.华中科技大学 2012
[6]基于弯扭耦合的仿生自适应风力机叶片的设计与评估[D]. 龚佳兴.华南理工大学 2010
[7]直升机复合材料桨叶剖面特性研究[D]. 王春莉.南京航空航天大学 2002
本文编号：3563093
【文章来源】：华北电力大学河北省 211工程院校 教育部直属院校
【文章页数】：142 页
【学位级别】：博士
【部分图文】：
图１－１典型叶片主梁结构??
Ｆｉｇ．?１－２?Ｂｅｎｄ－ｔｗｉｓｔ?ｃｏｕｐｌｉｎｇ?ｂｌａｄｅ??图ｌ－２ａ）中，通过将叶片翼型上下面的纤维布铺层角度作偏轴镜像对称布置，??使得叶片具有弯扭賴合特性。图１－化）中，将叶片外形轴线制作成逐渐偏离变奖??轴线的弯曲型式，且指向与旋转方向相反，当挥舞方向气动载荷作用于叶片上时，??将产生沿变奖轴线的扭矩，使得叶片发生扭转变形，从而具有弯扭稱合特性。??弹性裁剪已被广泛地应用于飞机的结构设计中，直到上世纪９０年代开始，??才逐渐引入到风力机叶片的结构设计中。Ｋａｒａｏｌｉｓ等通过对小型叶片玻璃钢??复合材料的对称镜像叠层设计，实现了叶片在弯曲变形的同时伴随着扭转变形，??完成了对输出能量的控制。??扫掠叶片的研究起步较晚，美国Ｓａｎｄｉａ国家实验室做了一系列相关研究。文??献口３］提出了使用碳纤维梁帽的扫掠叶片，实现了叶片的弯扭禪合；文献［４３］设??计了一个２７米长的ＳＴＡＲ扫掠叶片，并与２４米原型叶片进行了对比试验，证明??了扫掠叶片可Ｗ提高功率输出。Ｓｃｏｔｔ?Ｌａｒｗｏｏｄ等人［４４’４５１设计Ｔ一个２８米长的后??掠叶片
个层次对叶片弯扭賴合特性进行深入研究，最后给出了弯扭耕合特性在大型风力??机叶片中的应用。??本文研究的技术路线如图１－３所示。根据设计的技术路线，本论文的研究内??容主要包括Ｗ下几部分：??（１）
【参考文献】：
期刊论文
[1]全复合材料主承力梁结构研制与分析验证[J]. 崔深山,万爽,张涛,仝凌云,房冬青. 宇航材料工艺. 2016(01)
[2]浅谈真空灌注工艺成型条件及常见缺陷修复[J]. 沈葛,孙洲. 天津科技. 2014(06)
[3]真空灌注低成本成型工艺及其应用研究[J]. 罗鹏,高兰宁,李贤德,戴芳芳. 玻璃纤维. 2014(01)
[4]5MW风力机叶片弯扭耦合特性分析[J]. 赵鹤翔,安利强,周邢银,王璋奇. 华北电力大学学报(自然科学版). 2013(04)
[5]风力机叶片截面弯曲刚度有限元分析方法[J]. 靳交通,潘利剑,彭超义,曾竟成. 太阳能学报. 2013(02)
[6]多能高效的测试新军——摄像测量的研究及应用进展[J]. 尚洋,于起峰. 中国测试. 2013(01)
[7]风电叶片用真空灌注型环氧树脂及其复合材料性能研究[J]. 李艳菲,李敏,顾轶卓,张佐光. 玻璃钢/复合材料. 2012(04)
[8]大型风力发电叶片变形的摄像测量方法研究[J]. 苑云,张小虎,朱肇昆,孙祥一,尚洋. 计算机应用. 2012(S1)
[9]智能夹层风力机叶片振动主动控制研究[J]. 乔印虎,韩江,刘春辉,陈杰平. 太阳能学报. 2012(02)
[10]基于弯扭耦合的自适应风力机叶片设计[J]. 刘旺玉,龚佳兴,刘希凤,张鑫. 太阳能学报. 2011(07)
博士论文
[1]彩色数字全息系统及其材料检测应用研究[D]. 楼宇丽.昆明理工大学 2013
[2]数字全息在实时动态测量和信息隐藏中的应用研究[D]. 朱竹青.南京师范大学 2013
[3]彩色数字全息及其在材料变形检测中的应用研究[D]. 桂进斌.昆明理工大学 2013
[4]大型风机叶片气动性能计算与结构设计研究[D]. 李军向.武汉理工大学 2008
硕士论文
[1]基于机器视觉的面内转角测量方法的研究[D]. 纪贤瑞.中国科学技术大学 2014
[2]节能彩钢型材变形性能研究[D]. 王雪力.重庆大学 2014
[3]数字采样云纹法及其应用[D]. 王竹林.大连理工大学 2013
[4]直升机桨叶变形摄像测量技术研究[D]. 刘荣明.南京航空航天大学 2012
[5]基于影子云纹法的封装基板翘曲测量系统研究[D]. 宋劭.华中科技大学 2012
[6]基于弯扭耦合的仿生自适应风力机叶片的设计与评估[D]. 龚佳兴.华南理工大学 2010
[7]直升机复合材料桨叶剖面特性研究[D]. 王春莉.南京航空航天大学 2002
本文编号：3563093
本文链接：https://www.wllwen.com/projectlw/xnylw/3563093.html
