风力发电机叶片固有振动特性的有限元分析(1)

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风力发电机组关键部件的有限元分析

1、可以对复杂几何形状和材料属性进行模拟，从而得到更精确的结果。 2、可以考虑各种边界条件和外部载荷，以实现对真实工作条件的准确模拟。
3、可以对各种材料和结构进行建模，以优化其性能和可靠性。
在风力发电机组关键部件的有限元分析中，通常需要选择合适的单元类型和材料属性，并应用以下步骤进行分析：
1、对部件进行几何建模，并确定材料属性（如弹性模量、泊松比等）。
1、增加数据样本的数量和多样性，以提高故障诊断模型的泛化能力和准确性。
2、深入研究深度学习算法，尝试引入新的网络结构和训练策略，以提高故障诊断模型的性能。
3、针对风力发电机组的关键部件故障，开展更为深入的分析和研究，以提出更为针对性的维修策略和预防措施。
4、将本研究成果应用于实际风力发电站，进行现场验证和优化，以推动风力发电技术的进一步发展。
2、轴承有限元分析
通过对轴承进行有限元分析，可以得出其应力、应变分布情况，以及接触应力和表面磨损等信息。这有助于优化轴承的结构设计，提高其承载能力和使用寿命。
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3、齿轮有限元分析
通过对齿轮进行有限元分析，可以得出其应力、应变和功率变化等情况。齿轮的工作过程中，接触应力和弯曲应力是导致其失效的主要原因。因此，通过有限元分析，可以优化齿轮的结构设计，降低接触应力和弯曲应力，从而提高齿轮的可靠性和使用寿命。
3、齿轮：齿轮是风力发电机组中重要的传动部件，它将风能传递给发电机。齿轮需要具有高强度和耐磨性，以确保长期稳定的工作。
二、有限元分析方法
有限元分析（FEA）是一种数值分析方法，它将一个连续的物理系统离散成由有限个单元组成的模型，并通过计算得出每个单元的响应，从而对整个系统进行仿真分析。在风力发电机组关键部件的分析中，有限元法具有以下优势：

风力机叶片的有限元分析

风力机叶片的有限元分析学生姓名：卢取专业班级：机械设计制造及其自动化2008级10班指导教师：朱仁胜指导单位：机械与汽车工程学院摘要：通过Solidworks软件对3MW风力机叶片进行建模，然后基于ANSYS 和Workbench分别对其进行模态分析和流固耦合分析，其中流固耦合分析中的结构静力分析部分也使用到了ANSYS Mechanical APDL。

其中模态分析结果表示：叶片的振型以摆振和弯曲为主，其一阶模态频率分别为 0.34Hz，能顺利的避开外在激励频率，避免了共振现象的发生。

流固耦合分析对额定风载进行了数值模拟仿真，通过结构静力分析，对叶片的受力，变形情况有了一个基本的了解，其中叶片在额定风载情况下的最大应力为56MPa，远远低于其实测拉伸强度的720MPa。

在11级风载下的应力云图显示其所受的最大应力为83.8MPa，满足其材料的强度要求。

该分析对进一步的疲劳分析和优化设计等提供了参考和依据。

关键词：叶片建模；模态分析；流固耦合分析；结构静力分析Abstract:Through the Solidworks software build the blade model which power is 3 MW. Then based on the ANSYS and Workbench software,the analysis of modal and fluid-structure interaction.Andthe Static structural analysis is used the ANSYS Mechanical APDL too.The modal analysisresults show that the vibration modes of this blade are presented as Shimmy and bending,Thefirst modes frequency is 0.34Hz.And it can avoid the external excitation frequencywell,Avoid the resonance phenomenon occurs.The analysis of fluid-structure interaction havedo a numerical simulation about Rated wind load,through the Static structural analysis wehave a basic understanding of the stress and deformation about the blade. And the maximumstress of the blade is 56MPa under the rated wind load.Far lower than the Measured tensilestrength of 720MPa.And under the 11 rating wind load.The stress cloud show that maximumstress is 83.8MPa,Meet the strength of the material requirements.This analysis providesa reference and basis for further fatigue analysis and optimization design.Keywords:Blade modeling；Modal analysis；Fluid-structure interaction analysis；Static structural analysis1 概述风能是地球表面大量空气流动所产生的动能，风能量具有取之不尽、用之不竭、就地可取、不需运输、广泛分布、不污染环境、不破坏生态、周而复始、可以再生等诸多优点。

风力发电机叶片结构设计及其有限元分析(精品doc)

风力发电机叶片结构设计及其有限元分析摘要为了更好地发展我国的风力发电事业，实现风力发电机的国产化，必须深入开展风力机设计、分析方面的研究。

本文根据传统的的叶片设计方法设计了2MW 风力机叶片，并生成三维几何模型，然后利用有限元模拟对叶片进行了振动模态分析，得到各阶振动频率和振型，为防止结构共振提供了依据。

关键词：风力机，叶片，有限元模拟，优化THE FE SIMULATION AND OPTIMAL DESIGN OF WIND TURBINE COMPONENTSABSTRACTIn order to promote the capability of design and manufacturing of wind turbine in China, more study should be done in the field of wind turbine design and analysis. In this paper, a blade for 2MW wind turbine is designed according to the traditional design procedure and the 3D geometrical model is created. Then the modal analysis is done through the FE simulation to get the frequency and mode shape, which provides the theoretic basis to prevent resonance.KEY WORDS: wind turbine, blade, FE simulation, optimization第一章绪论1.1 能源问题及可再生能源的现状与发展受世界经济的发展和人口增长的影响，世界一次性能源消费量持续增加，1990年世界国生产总值为26.5 万亿美元(按1995 年不变价格计算)，2000 年达到34.3万亿美元，年均增长2.7%。

风力发电机叶片振动特性有限元分析

风力发电机叶片振动特性有限元分析
风力发电机叶片振动特性有限元分析是一个研究风机叶片在风力发电机系统工作运行
过程中的振动特性的课题，它也是一种按照建模有限元方法分析和研究不同类型叶片在振
动状态下振动情况及因而产生的振动响应特性，以此获得一些振动特性曲线，为叶片的后
续受力分析提供一定的参考依据。

风力发电机的叶片的振动特性受结构特征、工作状态、操纵荷载及其他因素影响，其
中最主要的因素是外界环境的变化和操纵荷载给叶片产生的共振往复运动中叶片失衡所带
来的混沌振动。

叶片失衡可以将能量传递给叶片，使得叶片频率和振动幅值都会发生变化。

工程计算中，通过有限元方法，对特定的叶片进行模拟计算，在计算模型中设置合适
的单元，并考虑叶片的实际特性和外部环境的实际参数，以计算叶片的力学特性和形变性，确定其受力状态。

通过分析叶片的振动行为来确定叶片在持久性受力或短时间受力期间振
动特性和幅值。

有限元分析，是根据对物体空间变形分析结果估计材料应力-应变-弹性模量及其其他
性能特性，以便求解物体力学问题的一种数值分析方法。

通过有限元分析，可以得到叶片
在振动状态下的振动应力、振动分布，还可以建立准确的运动方程，以及使用Matlab等
软件对振动特性曲线进行拟合，以选择合适的叶片安全性和整体能耗最小的解决方案。

通过分析叶片的振动特性，可以更好地理解叶片在振动状态下的运动情况，给出合适
的设计方案，以期提高风力发电机系统效率，不断改进整个发电系统的设计、结构和叶片
运行性能，最终达到长期维护和重复利用叶片的目的。

海上风力发电风轮叶片振动特性分析与控制

海上风力发电风轮叶片振动特性分析与控制概述海上风力发电已经成为可再生能源领域的重要组成部分。

然而，由于复杂的海洋环境和长期风力作用，风轮叶片的振动问题成为海上风力发电系统的一个关键挑战。

本文将对海上风力发电风轮叶片振动特性进行分析，并探讨相应的控制方法，以提高风力发电系统的可靠性和效率。

风轮叶片振动特性分析风轮叶片振动是受到多种因素的影响，包括风速、风向、海水条件、叶片结构和设计等。

在振动特性分析中，可以通过数值模拟和实验方法来研究风轮叶片的振动行为。

一种常用的数值模拟方法是有限元分析法。

通过将风轮叶片划分为小的有限元单元，可以得到风轮叶片的应力、位移和振动模态等信息。

这些信息可以用于评估风轮叶片在不同工况下的振动特性，包括共振频率、模态形状和振动幅值等。

此外，实验方法也是研究风轮叶片振动特性的重要手段之一。

通过在风洞中模拟风场，可以测量风轮叶片在不同风速下的振动响应。

这些实验数据可以与数值模拟结果进行比较，验证数值模拟的准确性，并提供更全面的振动特性信息。

风轮叶片振动控制方法为了减小风轮叶片的振动幅值，提高风力发电系统的可靠性和效率，研究人员提出了多种振动控制方法。

一种常用的振动控制方法是在风轮叶片上安装主动控制装置。

主动控制装置可以根据叶片的振动状态自动调整叶片的形状，改变叶片的刚度和阻尼特性，从而抑制振动。

这种方法可以通过反馈控制和自适应控制实现。

反馈控制根据叶片振动信号的测量值对主动控制装置进行调整，而自适应控制则根据叶片振动信号的估计值对主动控制装置进行调整。

另一种常见的振动控制方法是 pass-ive 控制，即在风轮叶片上安装被动控制装置。

被动控制装置通常包括阻尼器和质量块。

阻尼器可以通过吸收叶片的振动能量来减小振动幅值，而质量块可以改变叶片的模态形状，从而调整叶片的振动特性。

此外，还可以通过改进叶片的结构和设计来控制振动。

例如，通过增加叶片的刚度和强度，可以提高叶片的抗风能力和抑制振动的能力。

风能发电装置振动特性分析与振动控制

风能发电装置振动特性分析与振动控制随着能源需求的不断增加，越来越多的国家和地区开始重视风能的使用，尝试利用风力发电来应对能源不足和环境污染等问题。

风能发电技术已逐渐成熟，但由于风力发电机转子受到空气力的作用，容易产生振动，严重影响风能发电机的效率和寿命。

因此，对风能发电装置的振动特性进行研究和控制具有重要意义。

一、风能发电装置振动特性分析1. 风能发电机结构和振动模型风能发电机主要由发电机、转子、塔架和基础等组成。

在运行中，风通过叶片将转子带动旋转，同时也会对转子、塔架和基础等结构产生振动。

风能发电机的振动特性主要包括结构刚度、振动频率、振动模式和振幅等。

2. 风能发电机的自由振动风能发电机在运行中，由于弹性变形和质量不平衡等原因，存在自由振动。

自由振动可以分为前后摆动和扭转，分别对应着风向和风力的影响。

3. 风能发电机的强迫振动风能发电机在运行中，由于受到风力和颤振等原因，还会出现强迫振动。

强迫振动的主要特点是在一定频率下，振幅会逐渐增强，直至结构破坏。

4. 风能发电机振动特性分析方法目前，对于风能发电机的振动特性分析方法主要包括有限元方法、实验测试和计算流体力学等。

有限元方法通过建立精细的数学模型进行振动分析，可以得到较为准确的振动频率和振动模式等参数。

实验测试则通过模拟出发电机真实工作状态下的振动情况，进而分析和控制振动。

计算流体力学则主要用于分析风力对发电机的影响，包括风速、风向和风向偏角等参数。

二、风能发电装置振动控制方法1. 主动振动控制主动振动控制是指采用一系列控制算法和技术，对风能发电机的结构特点和振动模式进行实时监测和控制，从而达到减少振动、提高效率和延长寿命的目的。

2. 被动振动控制被动振动控制是指采用一些机械结构和材料，通过调整风能发电机内部的结构和强度等参数，来减少振动并提高发电效率。

被动振动控制常用的材料包括弹簧、阻尼材料和减振板等。

3. 智能振动控制智能振动控制是指采用智能技术和实时监测系统，对风能发电机的振动和频率等参数进行分析，从而主动调整发电机的结构和调节风速等参数，减少振动并提高发电效率和寿命。

风力机叶片的设计及振动特性分析

风力机叶片的设计及振动特性分析作者：刘姝来源：《品牌与标准化》2016年第02期【摘要】本篇论文针对的机型是1.0MW水平轴风力发电机，对叶片进行优化设计及振动特性分析，以气动设计理论作为基础，从风机的基本参数、叶尖速比、风轮直径以及翼型插值等方面确定叶片的基本参数。

本文根据叶素动量理论的相关知识，根据Wilson叶片设计方法确定风机叶片的几何外形，以MATLAB软件为计算工具，采用迭代算法计算叶片外形的各种参数，并修处理弦长、扭角等，得到优化结果。

通过对NACA4412翼型单元坐标进行旋转和成比例放大转换，获得具有良好空气动力学性能的风力机叶片的外形数据。

【关键词】风力机叶片振动特性叶素-动量理论迭代算法有限元分析【DOI编码】 10.3969/j.issn.1674-4977.2016.02.010风能是气流变动而生成的动能，没有任何污染的可再生能源。

根据多年记录，在小于0.25s的时间里，风速一定能够27m/s然变到37m/s。

阵风为风力机创造了改变的气动原因。

风力不仅强弱改变，风电轮轴可对风有调向运动，进一步导致陀螺力矩，它应用在叶片上是一种改变的惯性载荷。

还有，相对大型风力机，叶片本身的重量也是无法忽略的负载，这个负载对转动的叶片也是说变化就变化的。

在相互方方面面条件的共同影响，风力机在运行的进程中，可能会表现出颤振，致使叶片损坏。

对风轮叶片通过有限元考虑，分析工程机械的固有频率和振型，进一步预算和理解其在外载荷情况下的结构动力学特性，是非常必要的[1，2]。

5 总结本文在变换了翼型截面空间坐标的同时，绘制了叶片各个截面的空间曲线。

利用相关软件对风机叶片进行了三维实体建模，通过模态分析，得到了叶片在零转速下的前十阶固有频率及振型。

根据得到的振型，可以清楚的看出优化后叶片具有更强的抗扭振能力。

通过模态分析可知，风力机叶片的主要振动型式为挥舞和摆振，第七阶挥舞加上扭振，直至第十阶振型，才能凸显出扭转振动的影响。

风力发电机组振动分析

风力发电机组振动分析随着全球能源危机的逐渐加剧，人们对清洁可再生能源的需求越来越迫切。

风力发电作为一种普遍接受和广泛使用的可再生能源形式，其在全球范围内得到了广泛的应用和推动。

然而，在风力发电中，风力发电机组振动成为一个常见且重要的问题，对其进行深入分析和研究具有重要意义。

首先，我们需要明确风力发电机组振动的原因。

风力发电机组振动主要源于风力对叶片的作用力。

当风速超过一定阈值时，风力作用在叶片上会导致叶片振动。

这种振动会传递到整个风力发电机组上，给其结构带来一定的影响。

此外，风力发电机组振动还受到机械部件的制造质量和安装精度的影响。

其次，我们需要了解风力发电机组振动对其性能和寿命的影响。

振动会对风力发电机组的性能产生直接和间接的影响。

直接的影响表现为振动会导致机械件的磨损增加、结构疲劳和失效的风险增加。

间接的影响表现为振动会影响发电效率和电网连接稳定性。

因此，对风力发电机组振动的分析是保障其正常运行和延长使用寿命的重要手段。

针对风力发电机组振动分析的方法多种多样。

其中，最常见的是基于有限元分析的方法。

有限元分析是一种通过将物体分割成离散的有限元素，通过求解线性代数方程组的方法来计算结构的受力和变形的方法。

此外，还有数值模拟和实验测试等方法可以辅助风力发电机组振动的分析。

在风力发电机组振动分析中，我们还要关注振动的控制和治理。

振动控制是指通过减少或消除振动作用来控制结构的运动状态。

常见的振动控制方法包括结构设计优化、振动吸收器的安装和主动振动控制系统的应用等。

振动治理则是指通过振动控制技术和有效的运维管理手段来降低振动对机组性能和寿命的影响。

在实际应用中，风力发电机组振动分析需要考虑多个因素。

首先是风力发电机组的结构特性，包括发电机组的尺寸、叶片材料和结构、塔筒和基础等。

其次是环境因素，如风速、风向等。

此外，还需要进行动态模拟，考虑风力对发电机组的实际作用。

这些因素的综合考虑和对比分析对于振动分析的准确性和实用性至关重要。

风力发电机塔架固有频率和振型的有限元分析

风力发电机塔架固有频率和振型的有限元分析李仁年;童跃;杨瑞【摘要】The finite element model of the 1. 5 MW Wind Turbine Generator Tower is established,and a dynamic structural analysis is made by using ANSYS. Its natural frequency and vibrational mode are obtained and compared with the calculated results about the tower natural frequency given by the theoretic method. Facts show the tower and rotor won't engender resonance,thus providing a basis for tower security and further analysis.%建立1.5 MW风力机组塔架的有限元模型,使用有限元分析软件ANSYS 对其进行结构动力分析.通过对风力发电机组塔架进行有限元模态分析得到其固有频率和振型,并与使用理论方法对塔架固有频率进行计算的结果相比较,表明塔架与叶轮不会发生共振.因此为塔架安全和进一步的塔架结构动力学分析提供了参考依据.【期刊名称】《甘肃科学学报》【年(卷),期】2011(023)003【总页数】4页(P72-75)【关键词】塔架;风力机;固有频率;有限元【作者】李仁年;童跃;杨瑞【作者单位】兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州 730050;兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州 730050;兰州理工大学能源与动力工程学院,甘肃兰州 730050【正文语种】中文【中图分类】V211.41在整个风力发电机组中，塔架的作用是支撑机舱和叶轮，把风轮等部件举到设计高度处运行，以获得足够的能量驱动风轮转动.由于风力发电机组正朝着大型化方向发展，机组塔架设计的安全稳定性问题日益突出［1，2］.水平轴风力机塔架由于顶端都安装有较大质量的机舱和旋转的风轮，塔架会受到它们的静载荷和风轮旋转产生的动载荷作用.此外，由于自然界的风在空间和时间上具有多变性，使得风对塔架结构的作用显得异常复杂；不仅在空间上需要考虑风向、风速和风压沿塔架高度的变化，而且在时间上同于风速的脉动会引起塔架结构的振动.在超过临界范围时，有可能导致几十倍于正常风力的效应.塔架的结构一旦发生变形和振动，就会引起塔架的附加应力，从而影响塔架结构的强度，还有可能影响顶端风轮的变形和振动［3］.同时，塔架的振动有可能与风轮旋转产生共振，从而影响风力机组性能.因此，在设计风力机组的塔架时，就必须对塔架的结构动力特性问题进行分析.有限元模态分析用于确定结构的固有频率和固有振型，即分析其结构动力特性.对于塔架动力特性计算有意义的振动模态有3种：即侧向弯曲振动模态、前后弯曲振动模态和扭转振动模态［4］.因此，在设计塔架时，需要对其进行模态分析，以了解它的动态特性，从而可以判断塔架固有频率是否会与风轮旋转频率重合，或者是否避开了风轮旋转激励频率一定的范围.以下所要讨论的风力发电机组其风轮为三叶片式，叶轮正常运营转速为21.4 r／min.产生共振的主要激励源是风轮工作频率（0.357 Hz）和其3倍工作频率（1.07 Hz），根据工程经验，塔架的固有频率要避开这2个值的±10%左右.塔架为锥形圆筒结构，塔高67.4 m，塔底与塔顶直径分别为4.00 m和2.67 m，塔底设有舱门.塔架共3段，各段间用法兰与螺栓连接.塔架几何模型见图1.对几何模型划分时采用Solid95单元，由于Solid95单元能够容许不规则形状，并且不会降低精确性.同时，其偏移形状的兼容性好.Solid95有20个节点定义，每个节点有3个自由度（x，y，z方向），此单元在空间的方位任意.本单元具有塑性、蠕变、辐射膨胀、应力刚度、大变形以及大应变的能力，并且提供不同的输出项，故采用此单元能很好模拟塔架的真实情况，划分完可得到有限元模型，见图2. 塔架材料取Q345钢，其性能指标见表1.在对塔筒进行模态的有限元分析时，不仅要对塔架进行一些简化处理，还要考虑塔顶上方机舱总质量及转动惯量，考虑基础刚度等对模态分析的影响.（1）整体模型中建立法兰，但不考虑两法兰之间的接触影响，将两法兰进行粘结，使之成为一体.（2）不考虑法兰上的螺栓、塔架内部的附属结构等构件.（3）塔顶质量模拟.在塔架顶端加载区域形成载荷伞，载荷伞顶端中心单元与塔筒顶部单元采用无质量刚性梁单元BEAM44进行连接［5］.BEAM44单元是种具有承受拉、压、扭转和弯曲能力的单轴梁.单元每个节点有6个自由度：x、y、z方向的平移和x、y、z轴向的转动.这个单元允许具有不对称的端面结构，并且允许端面节点偏离截面形心位置.载荷伞顶端中心在机舱、轮毂与叶片的合重心位置.通过定义这样一个塔顶模型在设计时可以很好地考虑机舱、轮毂和叶片质量及转动惯量对塔架模态的影响（见图3）.（4）基础质量模拟.在塔架底部基础混凝土的重心位置创建一个质量单元节点，其质量大小与基础混凝土质量相同.将定义好的质量单元节点通过无质量刚性梁与塔架底部单元进行连接，使其保持相同的自由度.通过定义以上基础质量模型，在计算时可以很好地考虑基础质量对塔架模态的影响（见图4）.我们研究的风力发电机塔架是细长的锥形筒结构，柔性塔架质量较轻而且价格较便宜，允许更多的位移并能够承受更大的应力.塔架顶端装有质量较大的风轮和机舱，它既要受风轮的激励，同时还要受到风载荷的作用，在它们的共同作用下，塔架将产生振动和变形.因此有必要对塔架进行模态分析，计算塔架的固有频率，使固有频率避开共振的设计要求.要使塔架的固有频率避开叶轮诱发的频率，或使共振频率削弱.塔架不仅承受风轮旋转所产生的周期性激励，还受到随机风载荷的作用.它直接影响风力机的工作可靠性.为确保机组的正常运行，要求合理地设计塔架的强度和刚度，必须分析计算塔架的动态特性［6］.因此，利用有限元分析软件ANSYS对塔架进行模态分析，求得了塔架前5阶的固有频率及振型，详见表2及图5.由结构动力学理论可知，风力机的自由振动部分对结构影响不大，故在一般的结构设计中，可只考虑受迫振动.假设叶轮激励频率为θ，激励载荷幅值为P，塔架固有频率为ω，因此可得到塔架振动位移（不考虑阻尼）其中y u为载荷P下产生的静位移；μ为放大系数.由式（3）可知，当ω＝θ时，β＝1，此时μ＝∞.它表明当激振力的频率与固有频率相重合，位移和内力都将无限增加，即产生共振现象.叶轮研究选择三叶片式，叶轮正常运营转速为21.4 r／min.共振的主要激励源是风轮工作频率和3倍工作频率（风轮工作频率为0.357 Hz，3倍工作频率为1.07 Hz）.根据工程经验，塔架的固有频率要避开这2个值的10%左右［7］.表2中列出的风力机塔架各阶模态固有频率均满足频率避开共振的设计要求（有10%以上的裕度）.因此，塔架结构满足动力学的设计要求.在模态分析中，将塔架看作为梁，分隔成3段.通过集中质量法将分布质量换成集中质量，体系即由无限自由度换成有限自由度，从而可以使自振频率的计算得到简化.将每段梁的质量集中于该段的两端，叶片、机舱质量等效为1个质量点连接在梁的最上端，将基础质量等效为1个质量点连接在梁的最下端.因此将塔架振动问题简化为5个自由度的自由振动问题.结构的自振特性是其本身所固有的性质，与外载荷无关，具有n个质量的有限多自由度振动系统的矩阵表达式为其中［M］为系统的质量（惯性）矩阵，［C］为系统的阻尼矩阵，［K］为系统的刚度矩阵．｛¨X｝、｛˙X｝、｛X｝分别为系统的加速度列阵、速度列阵和位移列阵［8］．结构在自由振动时，有阻尼频率ωD和无阻尼频率ω之间存在如下关系：其中ξ为阻尼比，对于一般典型结构体系的阻尼比ξ＜20%，由上式可见阻尼对结构自振频率的影响是很小的．忽略阻尼的影响，式（4）可写成假设结构的自由振动为简谐振动，即代入式（6）可得结构的广义特征值方程其中ω为结构的自振频率；｛Φ｝为振型向量．只有当系数行列式时才能得到非零解，解此行列式得结构的频率向量ωi代入式（7）得到对应的振型Φi其中k1，k2，…，k5为塔架基础、下段、中段、上段以及塔顶刚度系数，均为已知量，将其代入式（8），可求出5个频率ω1，ω2，…，ω5，其中最小的频率即为基本频率，又叫第一频率［10，11］.通过此方法可求得风力发｜［K］－ω2［M］｜＝0 （8）电机组塔架的一阶固有频率为0.804 Hz.将这一结果与有限元分析所得的一阶固有频率0.855 22 Hz作对比，这是由于理论计算时没有考虑门洞影响，另外有限元建模时网格的划分也会对分析结果产生影响.误差在允许范围内，证明以上风力发电机塔架有限元建模是正确的.应用大型有限元软件ANSYS对上述风力发电机组塔架进行动力特性分析，得到塔架固有频率和振型，并与理论分析得到的数值进行对比，其差值在允许范围内，证明有限元建模正确.由于风力机塔架结构基本上是对称的，使得塔架的固有频率值每2阶基本相同.实现对风力发电机组塔架的有限元建模，为我们分析影响大型风力发电机组塔架动力特性的因素提供便利，为设计大型风力发电机组塔架提供参考依据.【相关文献】［1］尹超.浅谈我国风力发电的现状和前景［J］.山东电力高等专科学校校报，2009，12（1）：74-76.［2］袁玉琪，杨校生.风风能风力发电——21世纪新型清洁能源［J］.太阳能，2002，23（2）：7-9.［3］宫靖远，贺德馨，孙如林.风电场工程技术手册［M］.北京：机械工业出版社，2004.［4］李立本，宋宪耕.风力机结构动力学［M］.北京：北京航空航天大学出版社，1999.［5］王朝胜.基于有限元法的风力发电机组塔架结构分析［D］.长沙：长沙理工大学，2010. ［6］陆萍，秦惠芳，栾芝云.基于有限元法的风力机塔架结构动态分析［J］.机械工程学报，2002，38（9）；127-130.［7］李华明.基于有限元法的风力发电机组塔架优化设计与分析［D］.乌鲁木齐：新疆农业大学，2004.［8］江伟，王锡明.多自由度系统振动方程的确定［J］.北京工商大学学报，2002，20（2）：49-51.［9］姜福杰.大型水平轴风力发电机锥筒型塔架的有限元分析及优化设计［D］.呼和浩特：内蒙古科技大学，2009.［10］多自由度振动力学模型直接构造运动微分方程系数矩阵的方法［J］.华东交通大学学报，1997，14（1）：14-18.［11］李仁年，陈晓明，杨瑞，等.基于面元法对风力机翼型气动优化研究［J］.甘肃科学学报，2010，22（3）：97-101.。

风力机风轮叶片振动特性分析

第25卷第11期电力科学与工程Vol.25,No.11242009年11月Electric Power Science and Engineering Nov.,2009收稿日期：200925.基金项目：四川省重点学科基金资助项目(SZD412).作者简介：张礼达(1954－),男,西华大学能源与环境学院教授.风力机风轮叶片振动特性分析张礼达，陈荣盛，张彦南，王旭（西华大学能源与环境学院，四川成都610039）摘要：利用ANSYS 软件，对20kW 风力机的风轮叶片进行了有限元分析，得到了风力机风轮叶片上不同阶次的振动频率数据。

这些数据可以为风力机运行的改善提供参考。

关键词：风力机；风轮叶片；有限元；振动频率中图分类号：TM614文献标识码：A0引言风能是空气流动所产生的动能，是一种取之不尽、无任何污染的可再生能源。

风速时刻都在变化。

记录表明，在0.25s 内，风速可以由27m/s 突变到37m/s 。

这些阵风为风力机提供了变化的气动外载。

风速不仅大小变化，方向也会变化，随着风向的变化，风轮轴作对风调向运动，从而产生陀螺力矩，它作用在叶片上是一种变化的惯性载荷。

除此之外，对于大型风力机，叶片自身的重量也是不可忽视的载荷，这个载荷对转动的叶片也是不断变化的。

在这些因素的共同作用下，风力机在运行的过程中，很容易出现颤振，导致叶片破坏。

因此，对风轮叶片进行有限元分析，研究工程机械的固有频率和振型，从而预计和分析其在外载荷作用下的结构动力学特性，显得十分必要。

1风轮叶片模型概况本文以一额定功率为20kW 风力机的风轮叶片作实例计算对象（图1~图2），其部分相关参数如（表1）所示。

根据文献，风轮单位扫掠面上推力载荷取为ｍｉｎｓｓ张礼达，等风力机风轮叶片振动特性分析第11期25rot N/s2blade==27990Nroot=2m。

2叶片的动力学分析将已经保存好的叶片三维模型文件IGES导入ANSYS中，进行叶片的模态分析。

风力发电机叶片结构设计及其有限元分析(学术参考)

关键词：风力机，叶片，有限元模拟，优化THE FE SIMULATION AND OPTIMAL DESIGN OF WIND TURBINE COMPONENTSABSTRACTIn order to promote the capability of design and manufacturing of wind turbine in China, more study should be done in the field of wind turbine design and analysis. In this paper, a blade for 2MW wind turbine is designed according to the traditional design procedure and the 3D geometrical model is created. Then the modal analysis is done through the FE simulation to get the frequency and mode shape, which provides the theoretic basis to prevent resonance.KEY WORDS: wind turbine, blade, FE simulation, optimization第一章绪论1.1 能源问题及可再生能源的现状与发展受世界经济的发展和人口增长的影响，世界一次性能源消费量持续增加，1990年世界国内生产总值为26.5 万亿美元(按1995 年不变价格计算)，2000 年达到34.3万亿美元，年均增长2.7%。

叶片固有特性分析和振动响应方法研究

叶片固有特性分析和振动响应方法研究摘要叶片是航空发动机的主要零件之一，其结构强度直接影响到发动机的工作效率和运行可靠性。

叶片的工作环境比较恶劣，除了承受高速旋转的气动力、离心力和振动负荷外，还要受到热应力的作用，很容易发生故障。

以航空发动机为例，据统计振动故障率占发动机中总故障率的60%以上，而叶片振动故障率又占振动故障率的70%以上。

因此，有必要在叶片的设计过程中建立合适的有限元模型并进行振动固有特性分析和响应分析。

本文针对叶片固有特性和振动响应的分析方法进行研究。

首先对叶片固有特性分析方法和振动响应分析方法进行了综合性评述。

在总结前人对叶片固有特性和振动响应分析方法的基础上，采用解析法和有限元方法相结合，准确预估和分析叶片固有特性，采用CFD应用软件FLUENT对叶片进行三维流场的模拟，在此基础上对叶片进行振动响应分析。

本文的主要研究内容大致可以归为以下几个方面：(1) 研究叶片振动的解析计算方法，在叶片扭向角不大的情况下，通过建立一些假设将叶片视为变截面梁，利用经典的梁弯曲和梁扭转理论计算叶片的振型和自振频率。

(2) 采用ANSYS有限元软件，对叶片进行固有模态分析和带有预应力情况下的模态分析，并对两种情况下的结果进行了对比，其中考虑了转速不同时的离心力对叶片固有特性的影响，并绘制Campbell图。

(3) 采用FLUENT对叶片作流场分析，分析了叶片流场速度、压力等沿叶片径向分布情况，并研究了不同转速对叶片流场速度、压力的影响。

(4) 基于叶片流场分析的结果，应用ANSYS软件，对考虑S1、S2气动加载和集中载荷加载三种情况下的叶片振动响应进行了计算和分析。

本文对叶片固有特性和振动响应分析方法研究实现了叶片振动解析法和考虑S1、S2气动加载、集中载荷加载振动响应的计算，对叶片的初期设计有重要的意义。

关键词：叶片；固有特性；振动响应；计算方法[键入文字]The Analysis Method Study of Inherent Characteristic and Vibration Response of BladeAbstractBlade is one of the crucial parts of aero-engine, its structural strength directly affecting the engine's efficiency and reliability. Blade, relatively poor working environment, in addition to withstanding high speed rotation of the air force, centrifugal force, vibration loads and thermal stress, is easy to faults. For example, vibration fault rate of Aero-engine accounts above 60% of total fault rate according to statistics. While the blade vibration fault rate has accounted above 70% of vibration fault rate. Therefore, it is necessary to establish suitable finite element model for analysis of the inherent characteristics and vibration response in the blade design process.In this paper, analysis method of the inherent characteristics and the vibration response of the blade are researched. First, this paper makes a comprehensive exposition about the research on the analysis method for inherent characteristics and vibration response of blade. On the basis of the conclusion of our predecessors on the method for inherent characteristics and vibration response of blade, using analytical method and finite element method to accurately predict and analyze the inherent characteristics of blades, using CFD software FLUENT to simulate blade three-dimensional flow field. Vibration response of the blade is analyzed on this.The paper includes the follows:(1) Analysis calculation methods of the blade vibration are researched. The twisting of the blade is not the case. Blade is considered variable section beam through some assumptions, using the classical theory of beam bending and torsion to calculate the bending and torsion mode shapes and natural frequency of blade.(2) Using ANSYS finite element software, the blade’s natural modal analysis and prestressed modal analysis are done. And in both cases the results are compared, and taking into account the inherent characteristics of the centrifugal force of the blade. In the basis of modal analysis to study the resonance of the blade and draw the Campbell map.(3) Using FLUENT for flow field analysis of the blades, analyzing blades flow velocity and pressure distribution along the blade radial and different speed impacting on flow rate,pressure of the blades .(4) Based on the flowing field analysis, the application of ANSYS software, considering the S1, S2 pneumatic load and concentrated load to analyze blade vibration response The analysis method study of inherent characteristic and vibration response of blade implement analysis method of blade, considering the vibration response of S1, S2 pneumatic load and concentrated load. It is important for the initial design of blade.Key words: Blade; Inherent characteristic; Vibration response; Calculation method目录摘要 (I)Abstract..................................................................................................................................... I I 第1章绪论 (1)1. 1 研究背景和意义 (1)1. 2 国内外研究现状 (2)1.2.1 叶片固有特性分析方法 (2)1.2.2 叶片振动响应分析方法 (3)1. 3 本文研究的主要内容 (7)第2章基于扭转梁假设的叶片振动的解析分析 (9)2. 1 引言 (9)2. 2 基本假设及坐标系 (9)2.2.1 基本假设 (9)2.2.2 坐标系 (9)2. 3 弯—扭耦合振动微分方程 (10)2. 4 振动微分方程组的降价处理和求解 (17)2. 5 计算方法及结果分析 (18)2.5.1 计算方法 (18)2.5.2 计算结果 (18)2. 6 本章小结 (22)第3章叶片固有特性的数值分析 (23)3. 1 引言 (23)3.1.1 模态分析理论 (23)3.1.2 静频和动频的概念 (24)3.1.3 叶片实体模型的建立 (24)3.1.4 叶片有限元模型的建立 (25)3.1.5 边界条件及求解方法的确定 (26)3.1.6 固有模态分析 (28)3.1.7 预应力模态分析 (33)3. 2 叶片的共振分析 (39)3.2.1 激振力 (39)3.2.2 共振 (39)3.2.3 共振图 (40)3. 3 本章小结 (41)第4章结论与展望 (43)4. 1 结论 (43)4. 2 展望 (43)参考文献 (43)第一章绪论1.1研究背景和意义航空发动机是一种高度复杂和精密的热力机械，被喻为飞机的“心脏”，其性能的好坏直接影响着飞机的飞行性能、可靠性及经济性。

风力发电机叶片振动特性分析

风力发电机叶片振动特性分析随着环保意识的日益增强，风力发电作为一种绿色能源逐渐受到关注。

其中，风力发电机的叶片是风能转化为机械能的关键部件，叶片的振动特性直接影响了风力发电机的效率和寿命。

因此，本文针对风力发电机叶片振动特性进行了分析。

一、叶片振动的原因风力发电机叶片振动的原因主要有以下两个方面：1.风的影响。

当风吹过叶片的表面时，会产生流体的力和压力，这些力和压力会使得叶片产生弯曲和扭转，从而出现振动。

2.机械问题。

风力发电机叶片自身的材料、设计和生产工艺等方面存在一定的问题，这些问题也会导致叶片振动。

二、叶片振动的类型风力发电机叶片振动分为自由振动和强迫振动两种类型。

1.自由振动。

自由振动是指在无外力驱动作用下，叶片自身的弹性形变在时间上的变化。

自由振动分为弯曲自由振动和扭转自由振动两种类型，其中弯曲自由振动是指叶片在平面内的自由弯曲形变，扭转自由振动是指叶片在垂直平面上的自由扭曲形变。

2.强迫振动。

强迫振动是指叶片在外力驱动作用下的振动。

强迫振动也分为弯曲强迫振动和扭转强迫振动两种类型，其中弯曲强迫振动是指叶片在平面内的弯曲振动，扭转强迫振动是指叶片在垂直平面上的扭转振动。

三、叶片振动诊断方法叶片振动是风力发电机运行过程中的一种常见故障，对于风电厂运营和维护来说是一个非常重要的问题。

因此，对于叶片振动的诊断方法也是研究的重点之一。

1.模拟分析。

通过数学模型对叶片振动进行分析，可以预测叶片振动的情况，从而指导叶片的设计和生产。

其中，利用有限元分析方法可以对叶片进行模拟分析，可以得到叶片的应力、振动以及动态特性等信息。

2.监测检测。

通过在叶片上安装振动传感器，可以进行实时的振动监测，并对叶片的振动情况进行分析。

3.视觉检查。

通过对叶片进行目视检查，可以发现叶片表面的裂纹、腐蚀和变形等问题，从而判断叶片是否需要更换。

四、叶片振动的抑制方法为了抑制风力发电机叶片振动，可以采取以下措施：1.优化叶片设计。

风力发电机叶片振动失效机理分析

社．１９８５．
Ｔ＝Ｏ．２２ｋＪ／ｈ
［４］棣烈稳国低赫地热与贮运技术的发展与应用Ｊ］．低温工程，
２Ｏ０ｌ（２）：１－８．
３．５其它传热
超导电流引线所产生的传导热和引线Ｔ作时的焦耳［５］静烈．朱卫东．场晓英低温绝热与孽＝：逗技术Ｍ］北京：机械Ｔ热，和输液管的传导热比较大。但是由于采用可拔引线和业出版社．１９９９（蝙辑立哦）可拔输液管，因此这部分传热不计人系统的漏热量。对于真空夹层．由于已经抽成１ × １０－３Ｐａ的真空，所以作者简舟：唐琼（１９７３一），士．项士讲师，从事和科研工作气体的对流和传到所引起的漏热可以忽略不计牧秸日期：２００７－０１ — ｏ８
３．Ｊ叶片气动弹性问题分类
图１所示，当有气
流沿着方向吹它时，就会出现以
下两种情况：当气流与轴的夹角ａ（这里叫作攻
叶片重量和成型难度。叶根一般设计成圆柱形。一般大型风机叶片使用３～４个翼型，布置在叶片展向不同位置，翼型间平滑过渡。可见，为叶片选择轮廓涉及很多折衷的方面，以达到可靠运转与延时特性等。３叶片气动弹性问题分类及产生原因
高１．７倍，充分利用复合材料的可设计性，可以制作出形气流中吸收能量而扩大振幅。当叶片受扰动向上偏离平状复杂、轻质高强的叶片，以对叶片的强度、刚度、固有频衡位置后，弹性恢复力使它向下方平衡位置运动，同时产率等基本参数进行优化设计；具有疲劳强度高、缺口敏感生作用于叶片重心的向上惯性力２００７年第４期Ｉ５５

风力发电叶片振动控制的数值模拟分析

风力发电叶片振动控制的数值模拟分析简介：风力发电是一种可再生能源，越来越受到全球关注。

风力发电机组的核心部件之一是叶片，其质量、结构和振动对风力发电机的性能和寿命有着重要影响。

本文通过数值模拟分析风力发电叶片的振动情况，以实现振动的控制和优化。

一、风力发电叶片振动分析的背景风力发电叶片在运行过程中可能会受到多种因素的影响，如气动力、风载荷、失重力、旋转惯性力等。

叶片的振动会导致损耗和噪音的增加，还可能引发疲劳破损甚至结构失效。

因此，对风力发电叶片的振动进行准确的分析和控制具有重要意义。

二、数值模拟分析方法1. 建立叶片的有限元模型数值模拟分析的基础是建立叶片的有限元模型。

通过将复杂的叶片结构离散化为有限数量的有限元单元，可以准确地描述其变形和振动情况。

模型的空间精度和单元数量的选择对结果的准确性和计算效率有重要影响。

2. 材料力学参数的定义在模型中，需要定义叶片的材料力学参数，包括弹性模量、泊松比和密度等。

这些参数对叶片的刚度和振动频率有着重要影响。

准确定义材料力学参数是保证数值模拟结果准确性的前提。

3. 振动条件的设定数值模拟分析中，需要设定叶片的振动条件。

常见的振动条件包括固支、自由振动和受迫振动等。

根据实际情况，我们可以选择合适的振动条件进行模拟分析。

根据不同的振动条件，可以得到叶片在不同工况下的振动情况。

4. 边界条件和加载条件的设定在数值模拟分析中，需要设定叶片的边界条件和加载条件。

边界条件包括叶片的固定支撑点和边界约束条件等，加载条件包括外部力的大小和方向等。

通过合理设定边界条件和加载条件，可以模拟出叶片在实际工作环境中的振动情况。

5. 振动模态分析振动模态分析是数值模拟分析的重要步骤之一。

通过求解叶片的振动模态，可以得到叶片的固有频率和振动模态形态。

这些信息对于优化叶片结构和控制振动有重要意义。

振动模态分析可以通过求解叶片的特征值问题得到。

三、数值模拟分析结果与分析在完成数值模拟分析后，我们可以得到叶片的振动情况。

基于有限元的风力机叶片结构特性分析

基于有限元的风力机叶片结构特性分析在目前的新能源领域发展史上，风能的速度日新月异。

但风电机组运行环境使得风力机叶片的运行中承受着巨大的动态和静态载荷;其动态特性、结构强度和稳定性对风力发电机组可靠运行起着非常重要的作用。

在此，针对某风力机叶片的结构进行动态特性—模态进行有限元计算分析。

得出结论：叶片在测试中，挥舞和摆振是前四阶振动的主要体现形式;总体看挥舞方向刚度比摆振方向刚度小，故挥舞方向固有频率低，为后期风力机叶片结构设计提供参考。

标签：特性分析;叶片结构;风力机引言风资源的应用在全球新能源和可再生能源行业中创造了最快的增长速度，是目前世界上能源领域发展最快的技术之一。

而宁夏回族自治区能源发展“十三五”规划中也有明确指出，要在2020年风电装机达1100万千瓦建成5个大型风电场，实现风资源有序开发。

但是风力机运行环境一般比较恶劣，风力机叶片的运行情况和受载复杂，其动态特性分析对叶片结构及风力发电机组的可靠性设计起着非常重要的作用[1]。

1. 叶片的基本参数及结构型式1.1 叶片的基本参数研究对象风力机叶片基本参数如下：额定功率：1500KW;功率控制：变桨;风轮直径：82.5m;切入风速：3m/s;切出风速：25m/s;转速范围：10.3～20.7rpm;额定转速：17.4rpm;最大功率系数：0.489;叶尖最大挠度：6.3 m最佳尖速比：9.0;錐角：3°;旋转方向：顺时针;叶片数：3片;轮毂高度：80 m;长度：40.25 m;最大弦长：3.183 m;扭角：16°;1.2 叶片结构型式叶片作为风电机组中获得风资源的主要部件，保证风力机正常运行的决定因素即为其优良的结构设计。

叶片结构设计的目的就在于使其具有恰当的外形和合理的复合纤维铺层结构，以确保叶片在受载时不发生局部失效[2]。

3叶片采用单梁双腹板结构，分别由2个叶片壳体（参见图1）组成完整的叶片，形成空气动力学形状的叶片壳体（A）是由±45°、0°/±60°、90°/±45°和0°单向复合毡等玻璃纤维为基础的环氧基复合压和夹层板（沿叶片纵向方向）制造。

风力发电机叶片结构设计及其有限元分析精品doc

风力发电机叶片结构设计与其有限元分析摘要为了更好地发展我国的风力发电事业，实现风力发电机的国产化，必须深入开展风力机设计、分析方面的研究。

关键词：风力机，叶片，有限元模拟，优化THE FE SIMULATION AND OPTIMAL DESIGN OF WINDTURBINE COMPONENTSABSTRACTIn order to promote the capability of design and manufacturing of wind turbine in China, more study should be done in the field of wind turbine design and analysis. In this paper, a blade for 2MW wind turbine is designed according to the traditional design procedure and the 3D geometrical model is created. Then the modal analysis is done through the FE simulation to get the frequency and mode shape, which provides the theoretic basis to prevent resonance.KEY WORDS: wind turbine, blade, FE simulation, optimization第一章绪论1.1 能源问题与可再生能源的现状与发展受世界经济的发展和人口增长的影响，世界一次性能源消费量持续增加，1990年世界国内生产总值为26.5 万亿美元(按1995 年不变价格计算)，2000 年达到34.3万亿美元，年均增长2.7%。

风力发电机旋转叶片振动分析

风力发电机旋转叶片振动分析
王博;祁文军
【期刊名称】《机械设计与制造》
【年(卷),期】2012(000)009
【摘要】利用ANSYS软件,通过FLM,对20kW水平轴风力机旋转叶片施加了重力和旋转离心力,并进行叶片建模和网格划分,最后完成预应力状态下的振动模态分析,得到了其前十阶振动频率和振型.针对得到的振动数据和振动特性进行分析,结果表明叶片的振动主要有挥舞、摆振和扭振,振动能量集中在一、二阶,而主要振动形式是挥舞和摆振.依据一、二阶振型可以得到其实际固有频率,实验结果和理论值误差很小,只有-3.5％,说明实验方法可行,实验结果准确,并对其运行时的安全稳定性进行了验证,这些实验数据对风力机叶片的研究开发具有一定的指导意义.
【总页数】3页(P193-195)
【作者】王博;祁文军
【作者单位】新疆大学,乌鲁木齐830046;新疆大学,乌鲁木齐830046
【正文语种】中文
【中图分类】TH16;TK83
【相关文献】
1.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
2.流固耦合的风力发电机组叶片振动特性分析 [J], 岳萍;彭娟;张慧
3.大型风力发电机叶片在三维旋转状态下的气动特性分析 [J], 焦华超;孙文磊
4.大型风力发电机旋转叶片结构动力特性分析 [J], 胡国玉;孙文磊;金阿芳
5.大型风力发电机叶片振动测试与分析 [J], 王博特;王宇楠;郑涛;占晓明;毕继鑫因版权原因，仅展示原文概要，查看原文内容请购买。