风机叶片层间断裂韧性影响机理的研究
发布时间：2022-10-21 14:10
通过分析风机复合材料叶片的震颤运动特点,在一端固定一端自由时的直杆弯曲运动简化模型的基础上,建立风机叶片运动的坐标系和震颤及扭转后的坐标转换公式,对叶片的摆震和挥舞运动进行了运动学分析,建立了基于摆震和挥舞运动的叶片位移方程和振动模型,推导出叶片表面位移方程和建立了裂缝K与G关系公式。为了验证建立的模型和公式的正确性,考虑了叶片材料的特性,分别分析了摆震和挥舞运动的受力影响,应用ADAMS和ANSYS软件进行了运动学与动力学仿真,并通过XTDIC三维全场变形应变测量分析系统通过数字散斑相关方法和应变片实验得到了相关的数据对比分析。根据复合材料叶片任何截面的中面出现的滑开型位移、张开型位移、应变和应力,建立了颤振运动（平面）,分别写成应变—位移平衡方程和应力—应变关系的关系式。对于摆振和挥舞运动冲击对层间断裂韧性影响趋势,设定叶片正交铺设（0/Core/0）结构,建立简支梁加载震颤运动时位移和应力的计算条件,推导出复合材料叶片的层间裂纹应力强度因子计算方法。对摆振曲率、位移、应变和应力进行分析,验证理论知识。分析细观层间撕裂的原因,以玻璃纤维预浸带为实验材料,求解其强度因子。通过风机叶片...
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 课题研究背景与意义
1.2.1 课题来源
1.2.2 课题研究的背景
1.2.3 课题研究的意义
1.3 国内外研究现状
1.4 主要研究内容及总体框架
第2章 风机叶片运动特点及载荷分布情况
2.1 叶片的宏观动力学运动
2.2 叶片宏观受力分析
2.3 颤振状况下风机叶片的受力分析
2.3.1 理论基础
2.3.2 风力发电机分析模型
2.3.3 叶片根部载荷计算对比
2.3.4 载荷计算
2.4 本章小结
第3章 风机叶片材料铺层及细观三维模型
3.1 引言
3.2 叶片材料的铺层
3.3 风机叶片材料细观模型
3.3.1 预浸带板细观及其改进模型的建立
3.3.2 风机材料细观模型仿真计算与分析
3.3.3 细观模型的实验验证
3.4 本章小结
第4章 风机叶片分层裂纹应力强度因子的获取方法
4.1 引言
4.2 挥舞运动叶片分层裂纹应力强度因子的获取方法
4.2.1 挥舞运动产生的叶片位移方程
4.2.2 叶片表面位移方程
4.2.3 风机复合材料叶片层间中面平面的弹性变形问题
4.2.4 叶片的层间裂纹应力强度因子的求解推导
4.2.5 数值算例
4.3 摆振运动叶片分层裂纹应力强度因子的获取方法
4.3.1 摆振运动产生的叶片位移方程
4.3.2 叶片表面位移方程
4.3.3 风机复合材料叶片层间中面平面的弹性变形问题
4.3.4 叶片的层间裂纹应力强度因子的求解推导
4.3.5 数值算例
4.4 本章小结
第5章 针对叶片层间断裂韧性影响机理的实验验证
5.1 静态剪切试验
5.1.1 静实验的目的意义
5.1.2 实验设备
5.1.3 试件制作
5.1.4 实验方法
5.1.5 实验结果
5.2 摆振运动位移应变试验
5.2.1 摆振运动位移应变实验的目的意义
5.2.2 实验设备及试样
5.2.3 实验方法及过程
5.2.4 实验数据计算
5.3 挥舞运动位移应变试验
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读学位期间发表的论文及参与的科研项目
发表的学术论文
参与的科研项目
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]大型风力机叶片气动与结构耦合优化设计研究[J]. 郑玉巧,赵荣珍,刘宏. 太阳能学报. 2015(08)
[2]加载速率对层间断裂韧性的影响[J]. 李玉龙,刘会芳. 航空学报. 2015(08)
[3]基于扩展有限元的多裂纹扩展分析[J]. 束一秀,李亚智,姜薇,贾雨轩. 西北工业大学学报. 2015(02)
[4]复合材料层合结构层间应力分析[J]. 彭惠芬,夏晔,王鹏,王程. 河北工业科技. 2015(02)
[5]考虑复合材料层合板就地效应的强度理论[J]. 李彪,李亚智,杨帆. 航空学报. 2014(11)
[6]基于元胞遗传算法的风力机叶片优化设计[J]. 高鹏,孙文磊,黄炳庆,何连英. 可再生能源. 2014(04)
[7]风力发电机组的台风适应性设计方法研究[J]. 申新贺,叶杭冶,潘东浩,张秀芝,方郁锋. 中国工程科学. 2014(03)
[8]变速变桨距风力发电机最佳运行点的获取方法[J]. 秦大同,周海波,杨军,龙威. 太阳能学报. 2013(11)
[9]MW级风机叶片单点疲劳加载系统设计、建模及试验[J]. 张磊安,黄雪梅. 太阳能学报. 2013(09)
[10]3MW风力机叶片设计建模与模态分析[J]. 武玉龙,李春,高伟. 机械研究与应用. 2013(03)
博士论文
[1]低风速风电机组风轮气动优化设计及优化控制研究[D]. 宋海辉.华北电力大学 2014
硕士论文
[1]大型风力机玻璃钢叶片结构设计与数值分析方法研究[D]. 刘雄辉.广东工业大学 2011
[2]低风速小型永磁风力发电机叶片及支承的研究与设计[D]. 钱杰.武汉理工大学 2010
[3]复合材料层压板层间应力分析和疲劳寿命估算[D]. 张培新.西北工业大学 2005
本文编号：3695795
【文章页数】：73 页
【学位级别】：硕士
【文章目录】：
摘要
ABSTRACT
第1章 绪论
1.1 引言
1.2 课题研究背景与意义
1.2.1 课题来源
1.2.2 课题研究的背景
1.2.3 课题研究的意义
1.3 国内外研究现状
1.4 主要研究内容及总体框架
第2章 风机叶片运动特点及载荷分布情况
2.1 叶片的宏观动力学运动
2.2 叶片宏观受力分析
2.3 颤振状况下风机叶片的受力分析
2.3.1 理论基础
2.3.2 风力发电机分析模型
2.3.3 叶片根部载荷计算对比
2.3.4 载荷计算
2.4 本章小结
第3章 风机叶片材料铺层及细观三维模型
3.1 引言
3.2 叶片材料的铺层
3.3 风机叶片材料细观模型
3.3.1 预浸带板细观及其改进模型的建立
3.3.2 风机材料细观模型仿真计算与分析
3.3.3 细观模型的实验验证
3.4 本章小结
第4章 风机叶片分层裂纹应力强度因子的获取方法
4.1 引言
4.2 挥舞运动叶片分层裂纹应力强度因子的获取方法
4.2.1 挥舞运动产生的叶片位移方程
4.2.2 叶片表面位移方程
4.2.3 风机复合材料叶片层间中面平面的弹性变形问题
4.2.4 叶片的层间裂纹应力强度因子的求解推导
4.2.5 数值算例
4.3 摆振运动叶片分层裂纹应力强度因子的获取方法
4.3.1 摆振运动产生的叶片位移方程
4.3.2 叶片表面位移方程
4.3.3 风机复合材料叶片层间中面平面的弹性变形问题
4.3.4 叶片的层间裂纹应力强度因子的求解推导
4.3.5 数值算例
4.4 本章小结
第5章 针对叶片层间断裂韧性影响机理的实验验证
5.1 静态剪切试验
5.1.1 静实验的目的意义
5.1.2 实验设备
5.1.3 试件制作
5.1.4 实验方法
5.1.5 实验结果
5.2 摆振运动位移应变试验
5.2.1 摆振运动位移应变实验的目的意义
5.2.2 实验设备及试样
5.2.3 实验方法及过程
5.2.4 实验数据计算
5.3 挥舞运动位移应变试验
5.4 本章小结
第6章 总结与展望
6.1 总结
6.2 展望
参考文献
攻读学位期间发表的论文及参与的科研项目
发表的学术论文
参与的科研项目
致谢
【参考文献】：
期刊论文
[1]大型风力机叶片气动与结构耦合优化设计研究[J]. 郑玉巧,赵荣珍,刘宏. 太阳能学报. 2015(08)
[2]加载速率对层间断裂韧性的影响[J]. 李玉龙,刘会芳. 航空学报. 2015(08)
[3]基于扩展有限元的多裂纹扩展分析[J]. 束一秀,李亚智,姜薇,贾雨轩. 西北工业大学学报. 2015(02)
[4]复合材料层合结构层间应力分析[J]. 彭惠芬,夏晔,王鹏,王程. 河北工业科技. 2015(02)
[5]考虑复合材料层合板就地效应的强度理论[J]. 李彪,李亚智,杨帆. 航空学报. 2014(11)
[6]基于元胞遗传算法的风力机叶片优化设计[J]. 高鹏,孙文磊,黄炳庆,何连英. 可再生能源. 2014(04)
[7]风力发电机组的台风适应性设计方法研究[J]. 申新贺,叶杭冶,潘东浩,张秀芝,方郁锋. 中国工程科学. 2014(03)
[8]变速变桨距风力发电机最佳运行点的获取方法[J]. 秦大同,周海波,杨军,龙威. 太阳能学报. 2013(11)
[9]MW级风机叶片单点疲劳加载系统设计、建模及试验[J]. 张磊安,黄雪梅. 太阳能学报. 2013(09)
[10]3MW风力机叶片设计建模与模态分析[J]. 武玉龙,李春,高伟. 机械研究与应用. 2013(03)
博士论文
[1]低风速风电机组风轮气动优化设计及优化控制研究[D]. 宋海辉.华北电力大学 2014
硕士论文
[1]大型风力机玻璃钢叶片结构设计与数值分析方法研究[D]. 刘雄辉.广东工业大学 2011
[2]低风速小型永磁风力发电机叶片及支承的研究与设计[D]. 钱杰.武汉理工大学 2010
[3]复合材料层压板层间应力分析和疲劳寿命估算[D]. 张培新.西北工业大学 2005
本文编号：3695795
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