风力机叶片模态分析及稳定性分析
风力机叶片的模态分析
2020.8 EPEM133新能源New Energy 风力机叶片的模态分析安徽龙源风力发电有限公司 高 鹏摘要：研究自由振动期间5MW水平轴浮动风力机I型叶片的各阶模态下频率对于叶片的共振效应，结果表明I型梁下的风力机叶片不会发生共振效应，使用I型梁可以有效提高强度支撑和降低共振效应。
关键词：风力机；叶片；仿真；设计引言由于人口的增加和电力设备的广泛发展，世界对电能的需求也呈井喷式的发展，同时为了减少温室气体的排放，在过去的几年里风能行业发展迅速[1]。
风力机叶片表面结构复杂，由具有不同扭转角度、弦长、俯仰轴位置的翼型部件组装而成[2]。
叶片通常由玻璃纤维、环氧树脂等几个复合材料构成，具有轻便、耐久的特点[3]。
目前国内外对风力机的研究主要集中在叶片的翼型设计、空气动力学研究、振动噪声的形成机理，阳雪兵[4]研究了风力机叶片叶尖变形量与腹板厚度的关系，获得了叶片主要部分的应力分布情况，分析叶片低阶模态振动与固有频率，为风力机叶片设计提供基础数据。
由于单台风力机发电效率的增加，叶片尺寸也随之增加，导致转子和叶片的质量增加，这使得风力机主体的轴、塔架要求更加严格，但它减少了单位风场风力机的数量而提高运营成本[5]。
风力机叶片设计的主要目标是在一定风速范围内转子提供所需输出功率，然而转子、风力机叶片强度、刚度等性能应予以考虑。
本文以5MW水平轴浮式风力发电机叶片的结构模态进行分析，在自然频率下描述I型叶片在不同模态下的振动效果，揭示通过加装I型梁可有效改变固有频率是避免共振效应和不良弹性结构的关键机制。
1 理论模型1.1 物理模型叶片的整体结构影响着其运行的安全性，因此叶片抵抗弯曲的能力至关重要。
通常在叶片内部布置1~2根钢筋翼梁用于局部加固，确保剪切强度，提供支撑结构。
翼梁的结构刚性至关重要，比较常见的为I型翼梁，其设计结构防止叶片在旋转过程中撞到塔架，同时保证叶片质量较小，并防止其发生共振效应（图1）。
风力发电机组的结构强度与稳定性研究
风力发电机组的结构强度与稳定性研究随着全球对可再生能源的需求不断增加，风力发电作为一种清洁能源的代表，得到了广泛的应用和研究。
而风力发电机组作为风能转化设备的核心组成部分，其结构强度与稳定性研究对于提高发电效率和延长设备寿命具有重要意义。
本文将对风力发电机组的结构强度与稳定性进行研究，并提出相应的分析和解决方法。
一、风力发电机组的结构强度研究1. 零部件强度分析风力发电机组的结构由许多零部件组成，包括机舱、叶片、轴承等。
针对每个零部件，需要进行强度分析，确定其承受风力荷载的能力。
可以采用有限元分析方法，通过建立数值模型来模拟不同工况下的力学响应，并结合实验数据对模型进行验证，最终确定各个零部件的强度参数。
2. 整体结构的强度优化设计在零部件强度确定的基础上，还需要对整体结构进行强度优化设计。
通过合理的结构布局和材料选择，提高风力发电机组的整体强度。
可以采用拓扑优化、参数优化等方法，通过计算机辅助设计软件对整体结构进行优化，进而提高发电机组的结构强度。
二、风力发电机组的稳定性研究1. 风力荷载对机组稳定性的影响风力是影响风力发电机组稳定性的主要因素，对机组的运行和性能有着重要影响。
风力荷载会给机组带来扭矩、振动等力学和动力学效应，因此需要研究风力荷载对机组稳定性的影响规律。
可以通过数值模拟和实验测试等方法，获取风力荷载下机组的响应情况，进而评估机组的稳定性。
2. 振动与抗振性能研究机组的振动问题是影响其稳定性的重要因素之一。
通过对机组振动的研究，可以了解机组在运行中存在的振动特性，并进一步研究振动对机组结构的损伤程度。
此外，还需要进行抗振性能的研究，通过结构优化或振动控制技术，提高机组的抗振能力，确保其在长期运行中的稳定性。
三、风力发电机组的结构强度与稳定性综合分析在研究了风力发电机组的结构强度和稳定性后，需要进行综合分析，找出两者之间的关联和相互影响。
通过综合分析，可以判断机组的设计是否满足结构强度和稳定性的要求，进而提出改进措施。
风力机叶片气动弹性稳定性分析
风力机叶片气动弹性稳定性分析随着能源问题的日益严重，利用可再生能源发电技术已越来越受到社会的重视。
风力发电是一种利用风能发电的技术，它能够以较小的环境影响，实现低成本的能源供应。
而风力发电系统的最关键部分就是风力发电机叶片，因此，风力发电机叶片的气动弹性稳定性也成为研究发电机叶片参数设计、挣度计算等的关键内容。
本文旨在对风力发电机叶片的气动弹性稳定模型进行分析，以深入了解叶片的气动弹性特性。
首先，文中将介绍风力发电机叶片的气动弹性特性，并介绍模型的基本原理。
其次，文中介绍了风力发电机叶片气动弹性稳定性模型计算的详细流程，包括：叶片模型的建立，其中主要涉及叶片模型的定义、叶片气动弹性特性参数的取值和截面参数的计算；叶片结构和气流环境的建立，主要涉及叶片装配状况、风速变化等；叶片气动弹性特性参数建立，其中包括叶片的弯曲系数、抗扭力系数和抗剪力系数等；叶片气动弹性状态分析，主要涉及叶片振动拟合和叶片气动弹性分析。
最后，文中介绍了采用计算流体动力学方法对模型的数值模拟，以验证模型的准确性。
总的来说，本文从理论分析的角度研究了风力发电机叶片的气动弹性特性，并从参数设置、模型分析和数值模拟三个方面阐述了分析过程，为风力发电机叶片性能设计提供了有效指导。
作为研究发电机叶片参数设计和挣度计算的关键内容，叶片气动弹性分析对风力发电机叶片的气动弹性参数建立和分析也具有重要意义。
风力发电机叶片的气动结构参数、叶片气动弹性特性参数以及叶片气动弹性分析等，都是需要综合考虑的因素。
本文从理论分析的角度研究了风力发电机叶片的气动弹性特性，并从参数设置、模型分析和数值模拟三个方面阐述了分析过程，为风力发电机叶片性能设计提供了有效指导。
未来风力发电机叶片气动弹性分析领域的研究将是在实验验证和计算机模拟的基础上，改进分析模型，提高分析的精度和准确性，以更好地支持叶片性能设计，为叶片的有效应用提供科学的依据。
总之，利用叶片气动弹性模型能够有效地分析风力发电机叶片的气动弹性特性，从而为风力发电设备的设计提供参考。
风力机叶片气动弹性稳定性分析
风力机叶片气动弹性稳定性分析风力发电，作为一种新型的可再生能源，已经受到越来越多的关注，也因此风力机的发展得到了大力推动。
风力机的核心部件就是叶片，叶片气动弹性稳定性及耐久性的好坏直接影响着风力机的效率及寿命。
因此，对叶片的气动弹性稳定性进行系统的分析和研究已经成为叶片设计的重要研究内容之一。
空气动力学和弹性力学是叶片气动弹性稳定性分析的两个基本理论前提，从空气动力学上分析叶片的气动拉力分布和叶片的弯曲状态，从弹性力学上分析叶片的内力分布和叶片的各向异性分析。
在分析叶片气动弹性稳定性时，应当考虑到叶片复杂的气动结构、叶片的弯曲变形、叶片的结构参数及叶片的结构材料等特性，然后根据平面叶片的弯曲理论，经过正确的叶片气动弹性分析，分析叶片的气动拉力和弯曲分布，从而得到叶片的气动弹性稳定性。
叶片气动弹性稳定性分析可以采用多种方法，如舵模型法、摆动模型法、气动弹性有限元法、工程数值计算法。
比较重要的是摆动模型法和气动弹性有限元法。
摆动模型法是通过模拟叶片的飞行状态，按照特定的运动模型，运用摆动理论，对叶片在一定的摆动角度下的弯曲性能和气动拉力分布进行有限元估算，计算叶片的气动弹性稳定性。
而气动弹性有限元法则是利用有限元理论，综合运用空气动力学和弹性力学，从叶片表面进行空气动力及弹性场的分析，计算叶片气动弹性稳定性。
上述两种方法对叶片气动弹性稳定性分析都具有较大的可行性，但是，由于叶片结构复杂，尺度差异大，所以需要通过弹性力学和空气动力学理论及有限元理论综合运用，才能准确分析叶片的气动弹性稳定性。
结合相关的叶片实验，采用有限元法对叶片进行气动弹性稳定性分析时，确定风速及叶片形状、材质等参数，计算叶片的气动弹性稳定性的最大摆动角度和气动弹性稳定性失稳点，从而为叶片设计提供有力的支持。
在叶片气动弹性稳定性分析方面，很多叶片分析理论和方法在风力发电领域已经得到广泛的应用，大大提高了叶片的设计水平和分析水平，有力的支持了问答技术的发展。
风力机叶片气动弹性稳定性分析
风力机叶片气动弹性稳定性分析风力机叶片气动弹性稳定性是指风力机叶片在风载荷作用下具有良好的气动性能和弹性稳定性，有效地提高风力机的可靠性和抗疲劳性。
本文将从叶片结构特性和气动特性两方面进行分析，来探讨风力机叶片的气动弹性稳定性。
叶片结构特性对叶片气动弹性稳定性有重要影响。
叶片的结构包括形状，尺寸，屈曲，前缘和翼尖等。
形状是叶片结构重要参数之一，包括翼面和翼根，它决定了叶片气动性能。
尺寸是指叶片的长度，它决定了叶片的抗疲劳性。
叶片的屈曲是指叶片的曲率，它决定叶片的气动性能。
前缘是指叶片前沿及两端的总体特性，主要包括前缘角，前缘曲率和前缘宽。
前缘的形状会影响叶片的气动分布和流动特性，从而影响叶片气动弹性稳定性。
翼尖是叶片尖顶部，它决定了叶片的吸气，喷气和抗疲劳性。
气动特性对叶片气动弹性稳定性也起着重要作用。
气动特性主要包括动压曲面，阻力曲线，提升系数和抗疲劳性等。
动压曲面是风力机叶片的最重要气动特性，它决定了叶片的抗疲劳性和弹性稳定性。
动压曲面由一系列点组成，每个点代表叶片的一种气动性能。
阻力曲线是叶片气动性能的补充，它描述了叶片在不同空气速度下的气动阻力特性。
叶片提升系数是叶片气动性能的重要参数，它可以反映叶片气动弹性稳定性。
叶片气动抗疲劳性是指叶片在风力载荷作用下具有良好的抗疲劳性能，抗疲劳性越高，叶片气动弹性稳定性越好。
本文通过对风力机叶片的叶片结构特性和气动特性的分析，发现叶片的叶片结构特性和气动特性都会直接或间接地影响叶片的气动弹性稳定性。
因此，要确保风力机叶片具有良好的气动弹性稳定性，就必须控制叶片结构特性和气动特性。
叶片结构特性包括叶片形状，尺寸，屈曲，前缘和翼尖。
气动特性包括动压曲面，阻力曲线，提升系数和抗疲劳性等，以及叶片在不同空气速度下的气动阻力特性。
总之，风力机叶片气动弹性稳定性是风力机可靠性和抗疲劳性的重要指标之一，关键在于控制叶片结构特性和气动特性。
叶片的结构特性包括形状、尺寸、屈曲、前缘和翼尖等，气动特性包括动压曲面、阻力曲线、提升系数和抗疲劳性等。
风力发电机组稳定性分析与优化研究
风力发电机组稳定性分析与优化研究第一章引言随着能源需求的增加和环保意识的提高，可再生能源的发展趋势愈加显著。
风能是一种广泛使用的可再生能源，由于其环保、可再生、稳定等特点，逐渐成为能源行业的重要组成部分。
风力发电机作为风力发电的核心设备，其稳定性对发电系统的运行和发电效率起着重要作用。
因此，对风力发电机组的稳定性进行深入研究，具有重要的现实意义和发展前景。
第二章风力发电机工作原理风力发电机是通过将风能转化为机械能输出，再通过传动装置将机械能转化为电能输出。
风力发电机主要由叶轮、主轴、传动器、功率转换器和控制器等组成。
当风通过叶片时，叶片会受到风压力的作用，因而发生转动，通过传动器将机械能传递给发电机组，发电机组将机械能转化为电能输出，电能可以被直接使用或者储存。
第三章风力发电机组稳定性问题风力发电机的稳定性主要包括机械振动稳定性和电力系统稳定性两个方面。
机械振动稳定性是指风力机在风场中的叶轮振动、机架振动、塔筒振动、传动装置振动和发电机装置振动等，如产生共振等不稳定现象，会影响风力机的正常运行和使用寿命。
电力系统稳定性是指发电系统的电压和频率等电学参数的稳定性，如在风场中发生电力系统故障，会影响电力输出，对电网系统也会造成影响。
第四章风力发电机组稳定性分析风力发电机组稳定性分析主要包括静态分析和动态分析两个方面。
静态分析是指对风力发电机组的结构稳定性以及机械性能进行分析和评估，主要涉及到叶片结构、机架结构、传动装置以及发电机组等的设计。
动态分析是指对风力发电机组的动力学特性以及电力系统特性进行分析和评估，主要涉及到风场特性、机械振动特性以及电力输出特性等。
第五章风力发电机组稳定性优化研究风力发电机组稳定性优化研究主要包括结构优化、控制优化以及电力系统优化三个方面。
结构优化是指通过优化叶片结构、机架结构、传动装置以及发电机组等的设计，提高风力发电机组的稳定性和使用寿命。
控制优化是指通过改变风电场下的电机控制方式，使风力发电机组的转速和功率输出更加平稳和稳定。
大型风力机复合材料叶片动态特性及气弹稳定性分析
大型风力机复合材料叶片动态特性及气弹稳定性分析刘伟;尹家聪;陈璞;苏先樾【摘要】Parametric modeling technique is developed to fast build the three-dimensional finite element shell model of a preliminarily designed large composite wind turbine blade, which is subsequently used in the dynamic analysis and static elastic aeroelastic stability analysis of the blade. In the dynamic analysis, natural frequencies and corresponding modal shapes are obtained for the blade in the case of being still as well as being rotating with rated revolution. For the rotating blade, the stress stiffening effect and spin-softening effect due to the centrifugal forces are taken into account. The static elastic aeroelastic stability analysis, i.e. buckling analysis in this paper, is distinct from its counterparts in adopting the pressure distributions obtained from CFD (Computational Fluid Dynamics) calculations as the loads. An interpolation code is developed to address the mismatch between the unstructured CFD grids of the blade surface and the finite shell elements used in the buckling analysis, allowing mapping the pressures computed by using CFD to the finite element model. It is concluded that structural analysis of large composite wind turbine blades using three-dimensional finite element shell model is beneficial to revealing the relatively weak zones of the blades.%采用参数化建模技术快速建立大型风力机复合材料叶片三维有限元壳模型,并在此基础上对叶片的固有动力学特性进行停机及以额定转速旋转两种工况下的模态分析,其中旋转工况考虑了离心力导致的应力刚化效应和旋转软化效应.通过编制插值程序,将CFD计算所得的叶片表面分布压力,导算到叶片结构计算的有限元壳模型上,并以此为载荷对叶片进行静气弹稳定性分析.以某初步设计的1.5MW风机为例的计算结果表明:在参数化三维壳模型建模基础上进行的模态分析技术与结合CFD的静气弹稳定性分析技术,有利于快速、准确地计算大型复合材料叶片的动态特性、识别叶片结构的薄弱部位,并预测叶片发生局部屈曲的可能性及其发生的位置.【期刊名称】《空气动力学学报》【年(卷),期】2011(029)003【总页数】5页(P391-395)【关键词】风机叶片;壳模型;模态分析;气弹稳定性;屈曲分析【作者】刘伟;尹家聪;陈璞;苏先樾【作者单位】北京大学力学与空天技术系湍流与复杂系统国家重点实验室,北京100871;北京大学力学与空天技术系湍流与复杂系统国家重点实验室,北京100871;北京大学力学与空天技术系湍流与复杂系统国家重点实验室,北京100871;北京大学力学与空天技术系湍流与复杂系统国家重点实验室,北京100871【正文语种】中文【中图分类】TK830 引言随着现代风力发电技术的日益成熟，全球风电产业近年来发展势头良好，大功率、兆瓦级风力发电机大量投入使用。
风力机叶片气动弹性稳定性分析
风力机叶片气动弹性稳定性分析今天，风力机（wind turbine）这一可再生能源设备已成为世界范围内发展快速的新兴行业。
随着技术的不断进步，风力机的性能和可靠性也在不断提升，以满足市场对可再生能源的需求。
风力机叶片作为机翼的绝对核心部件，其空气动力特性对风力机的整体性能有着不可忽视的影响。
然而，叶片气动弹性稳定性这一重要特性却极易受到外部影响，因此针对这一特性的研究具有重要意义。
叶片气动弹性稳定性是指在流动空气中受到的载荷具有一定的变化性，它们可在风力机表面推力的流程过程中传递到叶片表面，从而产生变形，即叶片的弹性稳定性。
叶片弹性稳定性的研究，是构建风力机整体性能分析模式和提高风力机效率的关键。
叶片弹性稳定性揭示了被流体表面载荷作用所形成的叶片曲率空间中的拉力和压力分布，从而给出叶片形状、叶尖折射、风力机结构参数和翼型等特性。
研究风力机叶片气动弹性稳定性的方法有多种，但最主要的两种是实验法和理论计算法。
实验法主要是在实验室中进行气动空气动的测量和观测，从而获得叶片的变形和受力情况，同时通过改进和综合分析推出叶片结构参数和系数等特性。
理论计算法则以数值模拟的方式，运用网格分析法和有限体积法等技术，分析叶片在空气中的受力情况，从而获得叶片的力学特性及构建叶片的一般形状和曲率空间。
考虑到叶片气动弹性稳定性的研究特点和关联性，采取科学合理的研究方法极为重要。
首先，在风力机叶片的弹性稳定性方面，实验法能够对叶片的叶尖折射、叶片结构参数、叶片形状和叶片表面压力分布等特性进行定性分析，但仍存在测试和定量分析方面的缺陷，需要进一步解决。
另外，基于理论计算法的研究可以更为准确地了解叶片的拉力和压力分布，并进行定量分析，从而对风力机的叶片形状、叶尖折射和翼型等特性进行改进和调整，提高其性能和可靠性。
综上所述，以“风力机叶片气动弹性稳定性分析”为标题，研究叶片气动弹性稳定性具有十分重要的意义。
从实验法和理论计算法两方面分析，叶片气动弹性稳定性研究可以构建风力机整体性能分析模型，并促进风力机性能和可靠性的提高。
风力机叶片设计和稳定性分析
西ｆｉｒｍ业大学硕上学位论文
第一章结论
下运行，甚至经常处于失速工况条件。因此，对风力机叶片进行振动稳定性分析， 从经济性和安全性考虑，不论对风力机的设计还是对风力机运行都是非常重要
的。
风力机叶片由于本身结构和来流特性的影响，在空气动力作用下是否会出现 不稳定振动，以及是否会形成自激振动的现象，属于气动弹性的范畴。颤振是气 动弹性稳定性的一个重要内容。影响风力机叶片颤振的因素很多，主要包括风轮 叶片的结构动力参数、来流特性和风轮叶片所受的气动力，这些因素相互耦合。 叶片颤振是不稳定的自激振动，当弹性体在流场作用下产生变形或运动，而弹性 体的变形或运动反过来又影响流场，从而改变流体在弹性体表面上的载荷大小和 分布。两个不同形状的物理场在耦合界面上相互作用，彼此影响。这种由流体诱 发的振动问题，要从结构动力学与气体动力学两方面来开展研究。叶片颤振机理 不单纯是流体力学问题，而是气动弹性问题，就是研究弹性体与周围气流之间的 相互作用。颤振分析是涉及风力机运行安全性的重要问题，尽管到今天对颤振发 作机埋已有了较多的认识，但针对具体的实际现象仍很难给出准确的预测。
西北工业大学 硕士学位论文 风力机叶片设计和稳定性分析 姓名：刘晓燕 申请学位级别：硕士 专业：人机与环境工程 指导教师：廖明夫
20040101
Hale Waihona Puke 西北工业大学硕士学位论文中文摘要
摘要
叶片是风力机的核心部件，如果它发生不稳定的自激振动，那么叶片的颤振 将会影响风力机的正常运行。本文应用Ｓｃｈｍｉｔｚ理论设计了一６００七∥水平轴风 力机的叶片，同时应用叶片基元法理论分析了该风机的气动性能。又从质量、刚 度、气动力的角度出发，研究该风力机叶片振动的动态响应。
本文把风力机叶片简化为悬臂梁，对梁截面的二维叶型建模，完整推导了二 维叶型的线性运动微分方程和流／构耦合条件下系统的气动刚度和气动阻尼，此 时气动载荷与结构的位移矢量以及速度矢量是相互耦合的，再利用系统的特征值 来判断叶片颤振是否发生，从而获得风机的稳定工作范围。本文采用了 （（Ｎｉｅｄｒｉｇｇｅｓｃｈｗｉｎｄｉｇｋｅｉｔｓｐｒｏｆｉｌｅ））叶型书的实验数据，对上述的６００≈矿水平轴 风力机叶片进行了计算和讨论。其次。通过用龙格—库塔的数值方法对微分方程 进行迭代，所求出的系统各振动量变化规律和上述算例的特征值对比，结果是一 致的。这就验证了建模的合理性和方程推导的正确性。最后，又对影响叶片颤振 的结构动力参数进行了分析。
风力发电机组的系统稳定性分析与优化
风力发电机组的系统稳定性分析与优化随着清洁能源的需求不断增长，风力发电作为一种可再生能源方兴未艾。
风力发电机组是风力发电系统的核心部件，其系统稳定性对于发电能力和可靠性至关重要。
本文将对风力发电机组的系统稳定性进行分析，并提出优化策略，以提高其性能和效率。
一、系统稳定性分析1. 基本原理风力发电机组的系统稳定性主要涉及到风能捕捉、转换和传输过程。
风能捕捉取决于风轮叶片的设计和布置，转换过程包括风轮传动系统和发电机的工作，传输过程则是通过电缆将电能输送至电网。
2. 动力学模型为了分析风力发电机组的系统稳定性，可以采用动力学模型进行建模。
该模型考虑了风能、机械转化以及电力传输等要素，通过求解方程组可以得到系统的稳态和动态特性。
3. 稳态分析稳态分析主要关注风力发电机组的并网运行状态，即在稳定的风速条件下，风力机组是否能够持续地将电能输出至电网。
该分析通常涉及到功率曲线的绘制、最大功率点追踪算法和功率因数控制等方面。
4. 动态分析动态分析主要关注风力发电机组在突发风速和负载变化等情况下的响应和稳定性。
通过响应速度、转子速度抑制、振荡控制等指标可以评估风力发电机组的动态性能，从而进一步提高系统的稳定性。
5. 故障分析风力发电机组的系统稳定性还需要考虑故障情况下的性能。
例如，当风轮叶片受损或传动系统故障时，如何保证系统的可靠性和稳定性是一个重要的问题，可通过故障模拟和容错控制来进行分析和改进。
二、系统稳定性优化1. 设计优化系统稳定性的优化首先需要从设计层面入手。
风力发电机组的叶片、传动系统和发电机等组件的设计应考虑到风能捕捉效率和转换效率的最大化，以及对突发风速和负载变化的响应能力。
2. 控制策略控制策略对于优化风力发电机组的系统稳定性至关重要。
通过合理的控制算法和参数调整，可以实现最佳功率点追踪、转子速度控制、振荡抑制等功能，提高系统的可靠性和响应速度。
3. 故障保护为了提高系统稳定性，还需考虑故障保护措施。
风力机叶片设计及模态分析
Based on the aerodynamics of wind turbine, some parameters such as the rated power, the rated wind speed and the wind energy utilization coefficient can be calculated, and other parameters such as the diameter of the blade can be calculated. For some gas blade aerodynamic parameters, such as length, torsion angle and other parameters to calculate the used design method. In this paper, the aerodynamic shape parameters are calculated by using the simplified method, the Glauert design method and the Wilson design method. Get the airfoil chord and twist angle, and carries on the comparison. After analysis the results of Wilson is simplified design method and Glauert design method is more accurate.2.Aerodynamic characteristics analysis of blade airfoilGambit software was used to establish the calculation model of the blade airfoil, and the Fluent software was used to calculate the grid division and boundary type. Finally, the surface pressure coefficient distribution, pressure contour and velocity contour of the airfoil at different angles of attack are obtained by using the NACA4412 at certain Reynolds number and rated wind speed.3.Blade 3D modeling and modal analysisBefore the three - dimensional modeling of the blade and need to use special airfoil design software Profili selected wind turbine blade airfoilcalculation of the blade element chord length and twist angle to select the blade element, it is possible to obtain a two-dimensional coordinates of each airfoil, although after coordinate transformation based on point can be calculated each blade element section of three-dimensional coordinates. Finally, the 3D solid modeling of the blade is made by using SolidWorks.According to the 3D solid model of wind turbine blade, the blade can be analyzed. The import ANSYS Workbench blade completed three-dimensional model, finite element mesh, then the constraint conditions of the blade set. After solving the obtained modal graph leaves, extract the first six order modal analysis of blade. Draws the conclusion, i.e. blade mode shapes are mainly three: wave vibration, swing and torsional vibration; blade vibration energy is mainly concentrated in the first order and second order vibration mode and vibration is mainly to wave vibration; blade modal shape of the higher order, larger amplitude, the vibration performance of the more complex. Finally, through the frequency analysis, and obtains the resonance will not occur in the running process of the 1MW wind turbine.Key words:Wind turbine，Blade design，Aerodynamic characteristic，Modal analysis摘要 (I)Abstract ............................................................................................................................... I II 第1章引言 . (1)1.1 风力发电的发展现状 (1)1.1.1 国外风力发电的发展现状 (1)1.1.2 国内风力发电的发展状况 (3)1.2 风力机叶片的研究现状 (4)1.3 本文研究的内容 (6)第2章风力机叶片的特征参数和基本理论 (8)2.1 风力机的类型与结构组成 (8)2.2 风力机叶片的特征参数 (9)2.2.1 风能的主要特征参数 (9)2.2.2 风力机叶片的相关参数 (10)2.3 风力机叶片空气动力学基本理论 (15)2.3.1 贝茨理论 (15)2.3.2 涡流理论 (17)2.3.3 叶素理论 (18)2.3.4 动量理论 (19)2.3.5 叶素动量理论 (20)2.4 本章小结 (20)第3章风力机叶片设计 (21)3.1 叶片气动性能设计计算的基本方法 (21)3.1.1 简化设计法 (21)3.1.2 Glauert设计法 (21)3.1.3 Wilson设计法 (22)3.2 风力机特征参数的计算 (23)3.3 叶片的气动外形设计 (25)3.3.1 设计计算的步骤 (25)3.3.3 计算结果及修正 (28)3.4 本章小结 (32)第4章叶片翼型气动特性分析 (34)4.1 Gambit和Fluent简介 (34)4.2 翼型气动特性数值分析 (35)4.2.1 翼型计算模型的建立 (35)4.2.2 网格划分 (35)4.2.3 定义边界类型 (36)4.2.4 模拟结果及分析 (37)4.3 本章小结 (40)第5章叶片的三维建模与模态分析 (41)5.1 风力机叶片的三维建模 (41)5.2 风力机叶片模态分析 (43)5.2.1 叶片模态分析理论 (44)5.2.2 叶片有限元模型的建立 (45)5.2.3 叶片模态分析 (45)5.2.4 叶片模态分析结果 (49)5.3 本章小结 (51)第6章总结与展望 (52)6.1 总结 (52)6.2 展望 (52)参考文献 (54)攻读硕士学位期间发表的论文 (58)致谢 (59)第1章引言能源问题一直是每个国家时刻关注的问题。
低风速环境下风力发电叶片的振动与模态分析
低风速环境下风力发电叶片的振动与模态分析随着近年来对可再生能源的广泛应用和推进，风力发电作为一种清洁能源得到了越来越多的关注。
然而，在实际运行中，风力发电叶片的振动问题成为了一个重要的研究课题。
特别是在低风速环境下，由于风力的相对较弱，风力发电叶片的振动问题更加突出。
因此，进行低风速环境下风力发电叶片的振动与模态分析具有重要的理论意义和实际应用价值。
风力发电叶片的振动问题主要包括两个方面：叶片的动态响应和叶片的模态分析。
叶片的动态响应是指叶片在受到风力作用时的振动情况，而叶片的模态分析则是通过数学模型来研究叶片的振动模态。
这两个问题是相互关联的，通过对叶片的动态响应进行分析可以得到叶片的模态参数，进而更好地了解叶片在不同风力条件下的振动行为。
在低风速环境下，由于风力相对较弱，叶片的振动问题可能导致以下影响：一是降低发电效率。
叶片的振动会造成能量的损失，从而降低风力发电的效率。
二是加速叶片的疲劳寿命。
长期以来叶片的振动会导致金属疲劳，进而缩短叶片的使用寿命。
三是增加维护成本。
如果叶片的振动过大，就需要进行维护和修复，增加了维护成本和风力发电站的停机时间。
解决低风速环境下风力发电叶片振动问题的关键是进行振动与模态分析，在此过程中，有以下几个方面需要考虑：首先，建立叶片的振动模型。
叶片的振动模型可以通过有限元方法建立，在此过程中可以考虑叶片的材料特性、几何形状和边界条件等因素。
叶片的材料特性对振动的影响十分重要，需要合理选择和确定叶片的材料。
几何形状包括叶片的长度、厚度和弯曲角度等参数，这些参数会直接影响叶片的振动特性。
边界条件是指叶片的支承方式和固定方式，不同的支承方案和固定方案会对振动产生不同的影响。
其次，确定叶片的动态响应方程。
通过建立叶片的动态响应方程可以预测叶片在低风速环境下的振动情况。
动态响应方程可以通过应力-振动耦合模型来建立，其中包括材料的应力-应变关系和叶片的振动方程。
在建立动态响应方程的过程中需要对叶片的质量、刚度和阻尼等参数进行合理估计。
风力机叶片模态分析及稳定性分析
风力机叶片模态分析及稳定性分析来源：中国玻璃钢综合信息网近年来,“能源危机”越来越引起人们的重视,能源短缺使得可再生能源得到空前发展。
风能作为取之不尽用之不竭的可再生能源在近几年得到了迅速发展,世界上不少国家都把开发利用风能作为一项能源政策。
风机叶片是风力机的关键部件之一,目前大型风机叶片的材料主要是轻质高强、耐腐蚀性好、具有可设计性的复合材料,由于叶片采用复合材料铺层设计，结构异常复杂,单纯的经典理论解析计算已难以精确计算出叶片的强度和刚度,为此需要进行有限元的仿真模拟。
本文采用ANSYS的参数化语言APDL直接建模,然后赋材料属性、划分网格,进行叶片模态分析,较好地模拟了叶片的真实结构,计算了叶片在自由状态下的固有频率和在20RPM下的预应力频率。
最后加载极限载荷校核了叶片各截面稳定性。
1叶片模型的建立1.1建立几何模型叶片截面的翼型数据通过CA TIA导出,结合弦长和扭转角计算出实际叶片截面的坐标。
在AN-SYS的程序中形成如下格式:k,,838.309405,-83.92648,0k,,771.63901,-338.19972,0根据1MW叶片翼型的特点,将叶片分为45个截面,每个截面上有86个关键点。
通过Bspline命令将每个翼型上的关键点连成18条曲线,然后将叶片翼型上的曲线通过纵向直线连接。
最后通过Askin命令建立曲面,每两个翼型截面之间就有18个曲面,建完所有曲面就生成了叶片蒙皮的几何模型。
如图1(a)所示,再布置上主梁、腹板,形成整体叶片的几何模型。
1.2建立有限元模型在单元类型的选择上,根据叶片特点,主要采用shell91和shell99单元,其中shell91单元用于模拟夹芯结构。
在定义材料性能参数时,主要采用定义实常数的方式来模拟材料的性能、铺层角和铺层厚度。
之后选择合适的单元尺寸进行网格划分,最终形成叶片的有限元模型。
该模型共有21295个节点,共划分了7414个高精度的壳单元。
风电叶片分析报告
风电叶片分析报告1. 引言风电叶片是风力发电机组中的核心部件，其设计和性能直接影响到风力发电机组的发电效率和可靠性。
本报告旨在对风电叶片进行分析，评估其结构和性能，并提出改进建议。
2. 叶片结构分析风电叶片通常由复合材料制成，具有复杂而精密的结构。
在结构分析方面，主要包括以下几个方面：2.1 叶片材料叶片材料需要具有一定的强度和韧性，能够承受风力的冲击和动态载荷。
常用的叶片材料有玻璃纤维增强塑料（GFRP）和碳纤维增强塑料（CFRP）等。
这些材料具有轻质、高强度等优点，能够满足叶片的设计要求。
2.2 叶片结构风电叶片的结构一般分为根部、中部和末端三个部分。
根部连接到风力发电机组的主轴上，承受着较大的静态和动态载荷；中部是叶片的主体部分，负责转化风能为机械能；末端则起到平衡叶片的作用，减小振动和噪音。
2.3 叶片设计考虑因素在叶片的设计过程中，需要考虑到以下因素：•叶片的空气动力学特性：包括叶片的气动外形、气动力学性能等。
•叶片的结构强度：受力分析、应力分析、振动模态分析等。
•叶片的制造成本和可靠性：考虑到材料成本、制造工艺等因素。
3. 叶片性能评估对于风电叶片的性能评估，一般从以下几个方面进行分析：3.1 叶片效率叶片的效率是指叶片转化风能为机械能的能力。
通过计算叶片的功率输出和风力的能量输入，可以评估叶片的效率。
叶片的设计和气动外形对效率有重要影响。
3.2 叶片的安全性能叶片在运行中需要承受较大的静态和动态载荷，因此叶片的安全性能是一个重要的评估指标。
通过进行强度分析、振动分析等，可以评估叶片的安全性能。
3.3 叶片的可靠性叶片的可靠性是指叶片在长期运行中的稳定性和可靠性。
通过进行寿命分析、疲劳分析等，可以评估叶片的可靠性，并提出改进建议。
4. 叶片改进建议基于以上的分析和评估结果，可以提出一些针对叶片改进的建议：•优化叶片的气动外形，提高叶片的效率。
•改进叶片的结构设计，增强叶片的强度和刚度。
风力机叶片挥舞／摆振的动力失速非线性气弹稳定性研究
Ｓ Ｏ ｔ ）
（ １ ）
动力失 速气 动力 模型 一 。
Ｔ ｏ ｓｎ等 提 出基 于 截 面 模 型 的摆 振 模 态 阻 尼 ｈｍ ｅ 的实验识 别方 法 ； ａｍ ｓｅ Ｒ ｓ ｕｓｎ等 在 考 虑攻 角 和 气 流速 度 变化情况 下 ， 对动 力 失 速气 动 模 型 进 行 了 改 进 ； ｈ — Ｃ ａ
摘 要 ：研究动力失速风力机叶片的非线性气弹系统的稳定性。叶片结构采用具有挥舞／ 摆振耦合的典型截面模
型， 动力失速非线性气动 载荷 的计 算采用基于半经验 的 Ｏ Ｅ Ａ非定 常 、 Ｎ Ｒ 非线性 气动模 型。为 了减少 由于线性化 气弹稳
定性分析模型带来 的误差 ， 直接采用时间域数值积分法 ， 对叶片挥舞／ 振耦合非线 性气 弹方 程组进行 数值积分 ， 摆 研究 叶
基金项 目：山东省 自然科学基金资助项 目（ ２ ６ ） 山东省教 育厅科 Ｙ ０ ￣７ ； 技计划项 目（０ Ｌ ０ ） 国家 自然科学基金项 目（ ０ ７ １４ Ｊ８ Ｂ ４ ； １９２ ２ ）
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所示 。旋转 叶 片挥舞 一摆振 耦 合 的 简化 运 动方 程 给 出 如 下 ：
风力机叶片气动弹性稳定性分析
风力机叶片气动弹性稳定性分析风力机叶片是将风能转换为机械能的关键设备，但是，叶片的气动弹性稳定性受到恶劣气候条件的影响，这将限制叶片的使用效果，因此有必要对叶片的气动弹性稳定性进行研究。
本文着重研究叶片的气动弹性稳定性，并就相关内容进行深入的探讨。
首先，本文将介绍叶片气动弹性稳定性的定义及特征。
叶片气动弹性稳定性是指叶片在受风力作用下，能够维持一定的形状及不变曲率，从而达到优化叶片效率的过程。
叶片气动弹性稳定性主要由气动旋转弹性系数和叶片曲率系数来定义。
其次，本文将讨论叶片气动弹性稳定性的计算方法。
其中，气动旋转弹性系数的计算可以基于气动系数、叶片的展宽比等参数进行估算，叶片曲率系数的计算则基于叶片进风面、出风面及边缘面的曲率系数来进行计算。
此外，本文还将对叶片气动弹性稳定性的试验方法进行介绍。
叶片气动弹性稳定性的试验方法基本上分为可视化试验和数据采集试验，其中可视化试验是通过安装摄像头观察叶片在风中的变形情况，而数据采集试验通过安装传感器收集叶片的运动曲线来分析叶片的气动弹性稳定性。
最后，本文还将对叶片气动弹性稳定性的影响因素进行讨论，其中，包括叶片复杂度、叶片梁曲率、气压分布及环流辐射等因素，这些影响因素都会对叶片的气动弹性稳定性产生影响，因此，在设计过程中应综合考虑这些因素的影响。
综上所述，本文对叶片的气动弹性稳定性进行了较为深入的研究，包括叶片气动弹性稳定性的定义特征、计算方法、试验方法及影响因素等，可以为叶片气动弹性稳定性的研究提供依据。
风力机叶片气动弹性稳定性分析是研究风能机制叶片气动响应特性，为有效提高叶片效率提供科学依据的重要研究内容。
未来，可以通过研究优化叶片气动弹性稳定性，以提高叶片利用率，提高风力机的整体性能。
复合材料论文：复合材料 风力发电机叶片 强度分析 模态分析 稳定性分析
复合材料论文：风力发电机叶片结构有限元分析【中文摘要】叶片是风力发电机将风能转化为机械能的重要部件之一,是获取较高风能利用系数和经济效益的基础。
从全球风力发电的现状和趋势来看,风电装机容量逐年上涨,考虑到风力发电的环保性和可操作性,风力发电还有巨大的发展空间。
本文通过对风力发电机组叶片技术和研究现状进行分析,总结现有叶片设计和分析校核中存在的问题,结合叶片工作特性进行考虑,鉴于纤维增强复合材料已成为叶片制造过程中使用的主要材料,对基于叶片初步设计软件平台设计的复合材料风机叶片进行分析和校核,以保证风机叶片结构初步设计的可行性、合理性以及经济性。
本文主要研究内容如下：1.叶片多工况载荷计算本文将借助Bladed软件进行风力发电机组参数设定,对叶片多工况载荷进行分析和后处理,计算指定变量的最大值、最小值和此时其他变量的值,为后续的有限元分析提供数据基础。
2.叶片的参数化建模本文将叶片沿伸展方向分为14个截面,通过坐标变换将翼型数据转换为空间坐标,采用ANSYS中的APDL参数化语言进行关键点、曲线及面的建模,并通过实常数的设置对叶片复合材料铺层角度、厚度及材料特性进行模拟,利用自由网格划分模式将叶片离散为节点。
若要对不同的叶片进行建模...【英文摘要】The blade is one important component of the wind turbine, which converts wind energy into mechanical energy, to obtain high utilization factor of wind energy and economicbenefits. From the status and trend of global wind power generation, the installed capacity rose year by year,considering its the environment protection and maneuverability, there are a huge development space. Based on the currentsituation of blade technical and research, summarize andanalyze the existing problem in blade design and che...【关键词】复合材料风力发电机叶片强度分析模态分析稳定性分析【英文关键词】Composite materials Wind turbine blades Strength analysis Modal analysis Stability analysis【索购全文】联系Q1：138113721 Q2：139938848 同时提供论文写作一对一辅导和论文发表服务.保过包发【目录】风力发电机叶片结构有限元分析摘要5-6ABSTRACT6目录7-10第1章绪论10-17 1.1课题背景10-12 1.1.1 风力发电现状10-12 1.1.2 风力发电趋势12 1.2 风力发电机叶片现状12-16 1.2.1 叶片技术现状12-15 1.2.2 叶片研究现状15-16 1.3 研究内容16-17第2章叶片的结构与载荷分析17-31 2.1 风力发电机设计参数17-18 2.2 叶片的结构分析18-19 2.2.1 叶片翼型18 2.2.2 叶片结构设计方案18-19 2.3 作用于叶片的载荷分析19-23 2.3.1 坐标系说明19-20 2.3.2 气动力载荷20-21 2.3.3 重力载荷21-22 2.3.4 离心力载荷22-23 2.4基于BLADED的叶片多工况载荷计算23-30 2.4.1 参数设定24 2.4.2 载荷工况24-30 2.5 本章小结30-31第3章叶片结构有限元分析模型31-44 3.1 叶片建模方法比较31-32 3.2 建立叶片几何外形32-37 3.2.1 确定叶片各剖面翼型空间坐标33-35 3.2.2 建立叶片外形轮廓35-37 3.3 建立叶片材料模型37-42 3.3.1 单元类型37-38 3.3.2 定义复合材料的叠层结构38-42 3.4 网格划分42-43 3.5 本章小结43-44第4章叶片的结构强度与刚度分析44-52 4.1 结构强度与刚度的有限元分析原理44-46 4.2 叶片结构强度与刚度的有限元分析46-51 4.2.1 边界条件与加载方案47-50 4.2.2 叶片强度与刚度的计算结果与讨论50-51 4.3 本章小结51-52第5章叶片的振动分析52-58 5.1 振动分析的有限元法52-54 5.2 叶片振动分析结果与讨论54-57 5.3 本章小结57-58第6章叶片的稳定性分析58-62 6.1 叶片有限元稳定性分析数学模型58-59 6.2 叶片稳定性分析结果与讨论59-61 6.3 本章小结61-62第7章设计算例与结果分析62-687.1 建立叶片模型62-647.2 叶片振动分析比较64-657.3 叶片强度和刚度分析比较65-667.4 叶片稳定性分析比较66-677.5 结论67-68第8章总结与展望68-708.1 总结688.2 展望68-70参考文献70-73攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果73-74致谢74出师表两汉：诸葛亮先帝创业未半而中道崩殂，今天下三分，益州疲弊，此诚危急存亡之秋也。
风力机叶片及翼型变形分析
风力机叶片及翼型变形分析随着全球环保意识日益增强，风能逐渐成为了一种受到广泛关注和应用的可再生能源。
风力发电厂也随之崛起，而风力机叶片是风力机中最为重要的部分之一，对其性能的影响至关重要。
因此，对风力机叶片的变形进行分析，可以更好地优化风力机的结构，并提高其效率和稳定性。
风力机的叶片结构风力机叶片通常采用第三代叶型设计，即基于翼型理论的设计，采用气动外形优化方法。
这种方法的特点是将叶片表面设计为具有最佳气动性能的几何形状，以达到最佳流体动力性能。
并且，在其上采用二次或三次螺旋线上每个点的翼型截面，来构建一个光滑的外形。
经过数值分析，在确定翼型后，将其分别应用于叶片的不同纵向位置，使得整个叶片都能够获得最佳气动性能。
然而，在实际应用中，由于风力机叶片受到风载、旋转运动等多种复杂外力的影响，其结构会发生形变。
因此，精确地分析风力机叶片的变形非常重要。
风力机叶片的变形分析方法为了更好地分析风力机叶片的变形，可以采用有限元分析方法。
其主要过程是将叶片分割成许多小单元，然后在每个单元内计算叶片中的应力和应变。
在经过大量数据分析后，可以得到每个单元的变形情况，从而推断出整个叶片的变形情况。
由于风力机叶片通常采用化合物材料和纤维增强材料，其力学性能非常复杂。
因此，在进行有限元分析时，需要考虑到叶片中各种材料的弹性模量、泊松比、应力应变等特性，并通过数值模拟等手段进行外载荷计算和叶盘内流场等环境因素的影响情况。
针对这些因素，在进行叶片变形分析时，需要采用非线性有限元分析方法，使得叶片的变形分析更为精确。
一般来说，非线性有限元分析方法适用于非线性问题，并通常涉及大量非线性因素，例如材料的非线性、几何非线性等。
在使用非线性有限元分析方法时，可以通过模拟叶片和环境中各种因素的交互作用，得到更为准确和可靠的分析结果。
风力机叶片变形分析的翼型优化通过分析风力机叶片的变形，可以找到一些优化的方案，从而提高风力机的性能。
例如，针对由叶片变形引起的损失，可以在设计过程中增加一些加强措施来避免叶片的弯曲和扭曲。
风力机叶片气动弹性稳定性分析
风力机叶片气动弹性稳定性分析随着全球可再生能源的发展，风能已成为一种市要的可再生能源。
风力机由叶片和轮毂组成，叶片姑风力机的关键部件，主要起到收集能量的作用，叶片的气动性能直接影响风力机的性能。
因此，对叶片的气动弹性稳定性进行分析和评价，已经成为风力机研究领域的热点课题。
叶片气动弹性稔定性是由空气动力学、叶片结构力学和振动力学等复杂因素相互作用所产生的。
它表现为叶片在外界气流刺激作用下,叶片形状和位置经过微小改变后保持稳定、不变形和不产生尖峰值的能力。
叶片气动弹性稳定性的分析主要包括以下因素：(I)外界气流作用：外界气流力的作用是叶片气动弹性稳定性的关键因素，它不仅影响叶片的设计参数，还决定了叶片形状和结构的稳定性，因此必须对外界气流的作用进行深入的研究。
(2)叶片结构：叶片的结构是叶片气动弹性稳定性分析的重要因素，叶片结构影响叶片气流动力特性，如离心度、叶片角度、叶片厚度等，因此要求叶片结构参数选择合理，叶片结构牢固。
(3)叶片振动：振动是叶片气动弹性稳定性的重要因素，当叶片振动过大时，会影响叶片的性能，因此叶片振动也是要求分析的重.点。
叶片振动可以通过改变叶片结构或添加风机噪声抑制装置来改善。
(4)流场数值模拟：流场数值模拟是叶片气动弹性稳定性分析的重要手段，可以根据外界环境和叶片结构参数对叶片进行计算流体力学分析，模拟叶片气动弹性稳定性的结果。
（5）试风台试验：试风台试验是叶片气动弹性稳定性分析的有效手段，可以从室内直接检测出叶片的气动特性，从而深入了解叶片气动弹性稳定性的变化规律，为叶片的设计和应用提供参考。
以上是叶片气动弹性稳定性分析的五个主要因素，它们可以综合起来，分析和评价叶片气动弹性稳定性的变化规律，从而为叶片的设计和应用提供参考。
从结构力学的角度出发，叶片气动弹性稳定性评价的重点在于掌握叶片的离心度、角度和厚度等参数的选取，以确保叶片的稳定性，使叶片以最小的偏移和变形应对外界气流的攻击。
风力发电机组的振动与稳定性分析
风力发电机组的振动与稳定性分析随着清洁能源的快速发展，风力发电已经成为了世界各地的一种重要的可再生能源。
风力发电机组作为关键组成部分，其振动和稳定性的分析与研究具有重要的意义。
本文将从风力发电机组的振动来源、对振动进行分析和评估的方法以及提高稳定性的措施等方面展开讨论。
首先，风力发电机组的振动主要源于四个方面：风力荷载、机械传动、转子不平衡和地震荷载。
风力荷载是最主要的振动来源之一，风的速度和方向的变化将对风力机的振动产生直接影响。
机械传动中的轴承、齿轮等零部件的不均匀裂纹或损伤也会引起机组的振动，严重时可能导致设备故障。
转子的不平衡是机组振动的常见问题，其主要原因是转子重量分布不均匀或装配质量不精确。
地震荷载对风力发电机组的振动也具有重要影响，尤其是位于地震多发地区的机组。
其次，对于风力发电机组的振动进行分析和评估是保证其稳定性的重要工作。
一种常用的方法是利用加速度传感器测量振动信号，再通过数字信号处理等技术手段对振动信号进行分析。
通过对机组振动数据的采集和分析，可以揭示机组在运行过程中的振动特性和振动频谱，为机组的参数优化和故障诊断提供依据。
此外，还可以利用有限元分析方法对机组的结构进行仿真模拟，通过对模拟结果的分析，对机组的振动情况进行评估和优化。
最后，为了提高风力发电机组的稳定性，需要采取一系列的措施。
首先，可以通过优化风力机的结构设计，减小风力机的振动幅值。
例如，在风力机的旋翼和塔筒结构中采用合适的材料和结构设计，可以有效地减小机组的振动。
其次，对风力机组的传动机构进行定期维护和检修，确保机组运行时的传动系统处于良好的工作状态，减少振动源的产生。
另外，在地震多发地区，可以采用增加机组的抗震设备，提高机组在地震荷载下的稳定性。
综上所述，风力发电机组的振动与稳定性分析对于提高风力发电系统的可靠性和性能具有重要意义。
通过对振动来源的分析和评估方法的运用，可以有效地优化风力发电机组的设计和维护，从而提高其振动和运行的稳定性。
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风力机叶片模态分析及稳定性分析
作者：赵娜李军向李成良
近年来,“能源危机”越来越引起人们的重视,能源短缺使得可再生能源得到空前发展。
风能作为取之不尽用之不竭的可再生能源在近几年得到了迅速发展,世界上不少国家都把开发利用风能作为一项能源政策。
风机叶片是风力机的关键部件之一,目前大型风机叶片的材料主要是轻质高强、耐腐蚀性好、具有可设计性的复合材料,由于叶片采用复合材料铺层设计，结构异常复杂,单纯的经典理论解析计算已难以精确计算出叶片的强度和刚度,为此需要进行有限元的仿真模拟。
本文采用ANSYS的参数化语言APDL直接建模,然后赋材料属性、划分网格,进行叶片模态分析,较好地模拟了叶片的真实结构,计算了叶片在自由状态下的固有频率和在20RPM下的预应力频率。
最后加载极限载荷校核了叶片各截面稳定性。
1叶片模型的建立
1.1建立几何模型
叶片截面的翼型数据通过CATIA导出,结合弦长和扭转角计算出实际叶片截面的坐标。
在AN-SYS的程序中形成如下格式:
根据1MW叶片翼型的特点,将叶片分为45个截面,每个截面上有86个关键点。
通过Bspline 命令将每个翼型上的关键点连成18条曲线,然后将叶片翼型上的曲线通过纵向直线连接。
最后通过Askin命令建立曲面,每两个翼型截面之间就有18个曲面,建完所有曲面就生成了叶片蒙皮的几何模型。
如图1(a)所示,再布置上主梁、腹板,形成整体叶片的几何模型。
1.2建立有限元模型
在单元类型的选择上,根据叶片特点,主要采用shell91和shell99单元,其中shell91单元用于模拟夹芯结构。
在定义材料性能参数时,主要采用定义实常数的方式来模拟材料的性能、铺层角和铺层厚度。
之后选择合适的单元尺寸进行网格划分,最终形成叶片的有限元模型。
该模型共有21295个节点,共划分了7414个高精度的壳单元。
如图1(b)所示。
2模态分析
2.1理论依据
通用运动方程为:
[M]{u..}+[C]{u.}+[K]{u}={F(t)} (1)
假定自由振动并忽略阻尼,则:
[M]{u..}+[K]{u}=0(2)
其中, [M ]、[K]分别为叶片的质量和刚度矩阵; {u}为节点位移向量。
式(2)的解为如下简谐运动:
{u}={U}sinωt (3)
式中, {U}为模态形状(无量纲位移);ω为圆频率。
式(3)代入式(2)得:
([K]-ω2[M]){U}={0} (4)
方程(4)中{U}要有非0解,系数行列式为0,得:
det([K]-λ[M])=0(5)
其中,λ=ω2,上述行列式为λ的多项式,有根λ1,λ2,…,λn。
代入λi得方程:
([K]-λi[M]){Ui}={0}, i=1,2,…,n (6)
可以求得{Ui},即模态。
fi=ωi/2π为系统固有频率
2.2计算结果
2.2.1无预应力自然模态分析。