兆瓦級風(fēng)電機(jī)組葉片的力學(xué)特性研究

【摘要】：葉片作為風(fēng)電機(jī)組機(jī)械系統(tǒng)中受力最為復(fù)雜、結(jié)構(gòu)最為多樣化的重要構(gòu)件它的固有振動特性、材料強(qiáng)度特性、耦合振動特性,及其它力學(xué)特性問題對風(fēng)電機(jī)組穩(wěn)定運(yùn)行與整機(jī)性能有直接的影響。本文在分析了風(fēng)電機(jī)組葉片的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀的基礎(chǔ)上,引入了葉片空氣動力學(xué)基礎(chǔ)理論與載荷計算方法,以兆瓦級風(fēng)電機(jī)組葉片為研究對象,綜合利用有限元分析法、柔性多體系統(tǒng)動力學(xué)理論、以及蔡—吳強(qiáng)度失效準(zhǔn)則,以及QZ算法對葉片的固有振動特性,復(fù)合材料內(nèi)部的強(qiáng)度特性,以及與主軸軸系的組成的剛?cè)狁詈隙囿w系統(tǒng)動力學(xué)模型的振動特性,進(jìn)行了研究。開展的具體研究工作內(nèi)容和獲得的主要結(jié)果如下： 1)葉片固有振動特性的有限元建模方法研究。針對葉片固有振動特性問題,提出了一種基于有限元梁單元理論的葉片模態(tài)振動方程的建立方法,并采用雙步的QZ算法對其求解,得到葉片的固有頻率。將此方法用于1.2MW風(fēng)機(jī)葉片中,能夠快速的求解出葉片固有頻率,將其結(jié)果與Blade軟件結(jié)果進(jìn)行對比分析,結(jié)果相差較小,證實了此方法的有效性。 2)旋轉(zhuǎn)葉片的材料強(qiáng)度特性計算方法研究。提出了一種基于有限元方法與Tsai-Wu強(qiáng)度失效準(zhǔn)則相結(jié)合的葉片材料強(qiáng)度特性研究方法。將此方法用于風(fēng)電機(jī)組的旋轉(zhuǎn)葉片中,建立葉片在旋轉(zhuǎn)過程中多個位置處的有限元模型,分析葉片處于旋轉(zhuǎn)平面每個位置處的米塞斯等效應(yīng)力云圖。針對米塞斯等效應(yīng)力最大位置處的葉片危險截面進(jìn)行研究,采用蔡吳強(qiáng)度準(zhǔn)則計算危險截面位置,每層復(fù)合材料強(qiáng)度的強(qiáng)度指標(biāo),找到強(qiáng)度指標(biāo)最大位置處的鋪層位置。針對此層復(fù)合材料進(jìn)行研究,在只考慮葉片的重力載荷與離心力載荷單一載荷作用時,材料的拉伸破壞極限減小；當(dāng)氣動載荷分量與重力共同作用時,葉片材料拉伸的破壞極限降低的最為嚴(yán)重。產(chǎn)生此種極限載荷降低的主要原因與復(fù)合材料的鋪層方向有關(guān)。 3)葉片與主軸耦合系統(tǒng)的振動問題研究。提出一種基于剛?cè)狁詈隙囿w系統(tǒng)動力學(xué)理論的葉片與主軸系統(tǒng)組成的仿真模型,針對葉片與主軸軸系的振動特性問題進(jìn)行分析。葉片受到氣動力與慣性力的作用在旋轉(zhuǎn)平面內(nèi),葉根部出現(xiàn)較為明顯交變彎矩,葉尖出現(xiàn)周期性擺振位移,將其與Blade軟件計算結(jié)果對比分析,結(jié)果相差較小；主軸轉(zhuǎn)速與葉片上的風(fēng)剪切作用引起的氣動力不平衡,對主軸軸系的穩(wěn)定性具有較大影響,軸承間隙對主軸的振動特性也具有較強(qiáng)的關(guān)聯(lián)性。 研究表明,通過實現(xiàn)對風(fēng)電機(jī)組葉片的力學(xué)特性分析,能夠為葉片設(shè)計與整機(jī)系統(tǒng)參數(shù)的確定提供充分的理論依據(jù)。 【關(guān)鍵詞】：葉片 有限元分析 多體系統(tǒng)動力學(xué) 力學(xué)特性分析
【學(xué)位授予單位】：蘭州理工大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2014
【分類號】：TM315
【目錄】：

• 摘要7-8
• Abstract8-10
• 插圖索引10-12
• 附表索引12-13
• 第1章 緒論13-20
• 1.1 選題背景13
• 1.2 風(fēng)電機(jī)組葉片的國內(nèi)外研究現(xiàn)狀13-15
• 1.3 風(fēng)電機(jī)組葉片設(shè)計方法概述15-16
• 1.4 有限元方法的工程應(yīng)用概述16-17
• 1.5 多體系統(tǒng)動力學(xué)理論的應(yīng)用發(fā)展前景17-18
• 1.6 本課題研究的意義18
• 1.7 本課題研究的內(nèi)容及安排18-20
• 第2章 葉片的空氣動力學(xué)理論基礎(chǔ)與載荷計算方法簡介20-31
• 2.1 引言20
• 2.2 風(fēng)電機(jī)組運(yùn)行機(jī)理20-22
• 2.3 葉片的空氣動力學(xué)理論基礎(chǔ)22-26
• 2.3.1 翼型氣動參數(shù)22-23
• 2.3.2 雷諾數(shù)對氣動參數(shù)影響23
• 2.3.3 動量理論23-24
• 2.3.4 葉素理論24-25
• 2.3.5 葉素-動量理論25
• 2.3.6 普朗特修正因子25-26
• 2.3.7 Glauert、Wilson修正因子26
• 2.4 葉片載荷的計算方法簡介26-29
• 2.4.1 氣動載荷27-29
• 2.4.2 離心力載荷29
• 2.4.3 重力載荷29
• 2.5 本章小結(jié)29-31
• 第3章 基于QZ算法的葉片固有振動特性有限元建模方法研究31-43
• 3.1 引言31
• 3.2 有限元法的固有振動特性方程的建立31-39
• 3.2.1 系統(tǒng)模態(tài)分析方程31-32
• 3.2.2 基于梁單元的方程參數(shù)確定32-39
• 3.3 方程求解的雙步QZ算法簡介39-40
• 3.4 算例分析40-41
• 3.5 計算結(jié)果討論41-42
• 3.6 本章小結(jié)42-43
• 第4章 旋轉(zhuǎn)葉片復(fù)合材料強(qiáng)度特性的分析方法研究43-53
• 4.1 引言43
• 4.2 葉片強(qiáng)度分析的基礎(chǔ)理論簡介43-45
• 4.2.1 復(fù)合材料鋪層的一般原理43-44
• 4.2.2 Tsai—Wu強(qiáng)度失效準(zhǔn)則44-45
• 4.3 基于有限元原理的葉片強(qiáng)度分析模型的建立45-48
• 4.4 計算結(jié)果分析與討論48-52
• 4.4.1 轉(zhuǎn)角對危險截面分布影響48-49
• 4.4.2 復(fù)合材料鋪層的力學(xué)特性49-52
• 4.5 本章小結(jié)52-53
• 第5章 葉片與主軸系統(tǒng)的耦合振動特性計算方法研究53-65
• 5.1 引言53
• 5.2 耦合系統(tǒng)建模理論與方法簡介53-58
• 5.2.1 柔性多體系統(tǒng)動力學(xué)的一般原理53-56
• 5.2.2 模態(tài)分析法56
• 5.2.3 圓錐滾子軸承徑向等效模型理論56-58
• 5.3 耦合系統(tǒng)模型分析與簡化58-59
• 5.4 耦合系統(tǒng)仿真模型的建立59-61
• 5.4.1 柔性葉片的建模結(jié)果59
• 5.4.2 軸承的等效模型59-61
• 5.4.3 耦合系統(tǒng)的仿真模型61
• 5.5 計算結(jié)果與分析61-64
• 5.5.1 主軸軸系的動力學(xué)特性分析61-63
• 5.5.2 葉片面內(nèi)運(yùn)動的動態(tài)特性分析63-64
• 5.6 本章小結(jié)64-65
• 總結(jié)與展望65-67
• 總結(jié)65-66
• 展望66-67
• 參考文獻(xiàn)67-71
• 致謝71-72
• 附錄A 攻讀學(xué)位期間發(fā)表的科研成果目錄72-73
• 附錄B 參加科研項目情況73

您可以在本站搜索以下學(xué)術(shù)論文文獻(xiàn)來了解更多相關(guān)內(nèi)容

風(fēng)力機(jī)葉片在拍打方向的載荷估計與可靠性分析    肖勁松;張傳經(jīng);

風(fēng)力機(jī)葉片的結(jié)構(gòu)分析與鋪層優(yōu)化設(shè)計    李成良;陳淳;

基于ANSYS建模的風(fēng)力機(jī)葉片模態(tài)分析及穩(wěn)定性分析    趙娜;李軍向;李成良;

圓錐滾子軸承阻尼的計算方法    吳昊;王建文;安琦;

考慮離心剛化效應(yīng)的旋轉(zhuǎn)風(fēng)力機(jī)葉片動力特性分析    陳小波;李靜;陳健云;

失速型風(fēng)力發(fā)電機(jī)系統(tǒng)振動仿真分析    何婧;何玉林;金鑫;劉樺;

風(fēng)力機(jī)葉片載荷譜及疲勞壽命分析    李德源,葉枝全,陳嚴(yán),包能勝

基于ANSYS的大型復(fù)合材料風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)構(gòu)分析    周鵬展;肖加余;曾竟成;王進(jìn);楊軍;

風(fēng)力機(jī)葉片非線性揮舞分析    李亮;李映輝;劉啟寬;

2011年中國風(fēng)電裝機(jī)容量統(tǒng)計    

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的柔性多體動力學(xué)研究    王建宏

非均勻變截面平面剛架穩(wěn)態(tài)諧振動的新算法    肖鶴麟,紀(jì)振義

一種研究風(fēng)輪葉片固有頻率的方法    朱小芹;李軍向;陳淳;李成良;

基于ANSYS建模的風(fēng)力機(jī)葉片模態(tài)分析及穩(wěn)定性分析    趙娜;李軍向;李成良;

復(fù)合材料槳轂的逆向成型    許震宇;李沙;施鵬;

環(huán)氧乙烯基酯樹脂在風(fēng)電葉片行業(yè)應(yīng)用的可行性探討    王天堂;陸士平;武兵;

復(fù)合材料葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計中的幾個關(guān)鍵問題探討    王耀東;何景武;夏盛來;

兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)艙罩強(qiáng)度分析與設(shè)計    李超;沈鳳亞;余國城;

風(fēng)電葉片用真空灌注樹脂體系的研究    任六波;

Dynamic Analysis of Tension Leg Platform for Offshore Wind Turbine Support as Fluid-Structure Interaction    黃虎;張社榮;

煙囪施工中提升桁架的內(nèi)力分析    劉士彬,賈玉琢,汪海淇,曲鳳軍

分布力作用梁設(shè)計合理性的判別方法    曹人靖;劉道興;

膠印機(jī)動力學(xué)建模與結(jié)構(gòu)優(yōu)化    胡念武;陳南;李文威;錢進(jìn);沙曉明;

風(fēng)機(jī)葉片的有限元分析及優(yōu)化設(shè)計    閆文娟;粟輝;代海濤;秦明;

風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片固有振動特性的有限元分析    王應(yīng)軍;裴鵬宇;

風(fēng)力發(fā)電機(jī)結(jié)構(gòu)耦合振動分析    李興國;何玉林;金鑫;杜靜;劉樺;

框支墻梁的有限元法分析及近似計算    龔紹熙;

風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)艙的靜、動態(tài)特性有限元分析    謝峰;趙吉文;

風(fēng)力機(jī)葉片流固耦合效應(yīng)研究    梁明軒;陳長征;

多功能大型風(fēng)電機(jī)組主軸制動器慣性試驗臺的研制    謝徐州;吳東巖;曾志勇;劉大欣;陳勝根;

鋼筋混凝土異形板有限元分析與配筋設(shè)計    林海;竇玉斌;

大型風(fēng)電機(jī)組變槳距控制策略研究    王哲

大型風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計方法研究    馬志勇

近海風(fēng)機(jī)結(jié)構(gòu)體系環(huán)境荷載及動力響應(yīng)研究    陳小波

兆瓦級Darrieus型立軸式風(fēng)力機(jī)氣動性能評價和結(jié)構(gòu)動特性研究    張凱

面向生物工程的精密定位機(jī)構(gòu)及其動力學(xué)特性研究    葉果

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組控制策略優(yōu)化與實驗平臺研究    劉軍

大型風(fēng)電機(jī)組整機(jī)及關(guān)鍵部件仿真分析與優(yōu)化設(shè)計研究    李俊

海上風(fēng)電機(jī)組系統(tǒng)動力學(xué)建模及仿真分析研究    王磊

閉環(huán)多體系統(tǒng)動力學(xué)遞推建模及其求解方法    許永生

大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組獨(dú)立變槳距控制策略研究    張純明

海上浮式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組載荷及結(jié)構(gòu)性能研究    黃俊

兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)組整機(jī)結(jié)構(gòu)強(qiáng)度分析    金大偉

基于LabVIEW的風(fēng)力機(jī)葉片振動監(jiān)測系統(tǒng)開發(fā)    陳順章

風(fēng)電機(jī)組變槳距實驗平臺數(shù)字物理混合設(shè)計及仿真    楊先有

一種求解三維彈性問題有限元方程的并行DDM預(yù)條件子    梁文濤

雙曲型方程全離散分裂正定混合有限元的超收斂性    王芳

直驅(qū)式風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動系的動力學(xué)仿真分析與研究    付長江

柴油發(fā)電機(jī)組振動測試及有限元分析    葉艷琴

工業(yè)汽輪機(jī)轉(zhuǎn)子動力特性分析及熱力平衡圖繪制研究    張春成

焊接蜂窩鋁板平壓力學(xué)性能數(shù)值模擬研究    王塞北

復(fù)合材料風(fēng)電葉片的發(fā)展現(xiàn)狀及若干問題的對策    戴春暉;劉鈞;曾竟成;邊力平;

水平軸風(fēng)機(jī)氣動性能影響因素研究(英文)    李軍向;薛忠民;王繼輝;

葉片主梁彎扭耦合設(shè)計研究    趙俊山;李軍向;

基于ANSYS的大型風(fēng)機(jī)葉片建模研究    李成良;王繼輝;薛忠民;李軍向;

含孔損傷復(fù)合材料層合板固有頻率研究    盧翔;李頂河;馮振宇;徐建新;

大型風(fēng)力機(jī)玻璃鋼葉片設(shè)計    陳余岳

滾動軸承彈性接觸問題的數(shù)值計算    馬國華,胡桂蘭

風(fēng)力發(fā)電與風(fēng)輪機(jī)優(yōu)化設(shè)計    劉萬琨;

風(fēng)力發(fā)電綜述與我國的開發(fā)設(shè)想    陳宗器

風(fēng)電設(shè)備國產(chǎn)化之路    孫瑜

風(fēng)力發(fā)電機(jī)的柔性多體動力學(xué)研究    王建宏

風(fēng)力機(jī)旋轉(zhuǎn)葉片動力特性及響應(yīng)分析    信偉平

風(fēng)力機(jī)槳葉動力學(xué)特性研究    常明飛

小型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片設(shè)計研究    楊新彥

兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的動力學(xué)分析    張晨晨

風(fēng)力發(fā)電葉片結(jié)構(gòu)及鋪放性能研究    孫珊霞

水平軸風(fēng)力機(jī)葉片多目標(biāo)優(yōu)化設(shè)計及結(jié)構(gòu)動力學(xué)分析    韓新月

兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)齒輪傳動系統(tǒng)耦合振動分析及優(yōu)化設(shè)計    古西國

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組傳動系統(tǒng)動力學(xué)分析    林茂鋒

GE諾沃·皮翁公司開發(fā)新型燃?xì)廨啓C(jī) MS5002E型機(jī)為40,000馬力級(30兆瓦級)重型機(jī)    

美國兆瓦級激光器試驗取得重大進(jìn)展    

美軍開發(fā)兆瓦級SiC新型固態(tài)電路功率開關(guān)    

兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)即將誕生    

深圳建成亞洲第一的商業(yè)兆瓦級光伏并網(wǎng)電站    

1.5兆瓦級風(fēng)電機(jī)組并網(wǎng)發(fā)電    

國產(chǎn)2兆瓦風(fēng)機(jī)研制取得重大進(jìn)展    唐光玉;楊新明;

我國擬頒布兆瓦級風(fēng)電機(jī)標(biāo)準(zhǔn)    

我國大型并網(wǎng)光伏兆瓦級大電站即將建成    

中國建設(shè)亞洲首座兆瓦級塔式太陽能電站    

某兆瓦級發(fā)電機(jī)組噪聲故障分析    張占一;劉棟;應(yīng)懷樵;楊金福;

基于INTERBUS總線的兆瓦級風(fēng)電控制系統(tǒng)設(shè)計    王曉華;張興;

UPR在兆瓦級風(fēng)電機(jī)機(jī)艙罩成型中的應(yīng)用    陳澄;

脈沖式兆瓦級高功率微波照射后狗某些生化指標(biāo)的改變    高亞兵;王德文;彭瑞云;陳浩宇;楊紅;鄧樺;曹曉哲;王水明;趙梅蘭;崔雪梅;崔玉芳;陳建魁;

兆瓦級復(fù)合材料風(fēng)電葉片的設(shè)計與制備研究    肖加余;曾竟成;楊孚標(biāo);彭超義;楊軍;唐先賀;潘藝;曾鴻平;

兆瓦級風(fēng)機(jī)主齒輪箱行星架的有限元分析    袁包鋼;戴瑩;朱江平;

兆瓦級風(fēng)機(jī)葉片復(fù)合材料發(fā)展現(xiàn)狀    周娟;馮學(xué)斌;彭超義;曾竟成;肖加余;

兆瓦級,S波段,超寬帶雙信道輸出回路的研究    鈕得祿;

兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)絕緣的重復(fù)脈沖電老化壽命評定方法    劉學(xué)忠;鐘力生;

大型風(fēng)力機(jī)玻璃鋼/復(fù)合材料葉片技術(shù)進(jìn)展    陳余岳;

湘電向風(fēng)電領(lǐng)軍企業(yè)邁進(jìn)    記者 周月桂通訊員 周卓

打破國外風(fēng)機(jī)的壟斷地位    班健

金風(fēng)科技(002202) 向下空間明顯大于投資機(jī)會    申銀萬國

我市3個省重大科技專項通過驗收    記者 李江濤　通訊員 張現(xiàn)利

國內(nèi)最大兆瓦級太陽能電站在上海試運(yùn)行    記者 姚雯

追逐風(fēng)電業(yè)的誘人蛋糕    劉昆明

港城風(fēng)力發(fā)電葉片首次出口    通訊員 仲文玉 記者 徐黎一

風(fēng)能：大放異彩的綠色能源    顏新華

“兆瓦級風(fēng)電機(jī)組”在沈陽下線    文茹 和平

1.5兆瓦風(fēng)電機(jī)組問世    張和平

兆瓦級風(fēng)電機(jī)組狀態(tài)監(jiān)測及故障診斷研究    單光坤

風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片模型氣動載荷研究    趙丹平

兆瓦級Darrieus型立軸式風(fēng)力機(jī)氣動性能評價和結(jié)構(gòu)動特性研究    張凱

兆瓦級風(fēng)力發(fā)電機(jī)組變槳距系統(tǒng)控制技術(shù)研究    郭洪澈

雙凸極無刷直流發(fā)電機(jī)    朱德明

直驅(qū)型風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)全功率并網(wǎng)變流技術(shù)的研究    陳瑤

徑向疊片磁障式轉(zhuǎn)子雙饋無刷電機(jī)的研究    劉慧娟

兆瓦級雙饋式三電平風(fēng)電變流器關(guān)鍵技術(shù)研究    李淵

變速恒頻雙饋風(fēng)電機(jī)組動態(tài)模型及并網(wǎng)控制策略的研究    李晶

同軸腔回旋管準(zhǔn)光學(xué)模式轉(zhuǎn)換器    金踐波

兆瓦級風(fēng)電機(jī)組風(fēng)力槳葉動力學(xué)仿真與優(yōu)化研究    劉冠麟

兆瓦級風(fēng)電齒輪箱故障監(jiān)測及分析    吳樹梁

兆瓦級風(fēng)力機(jī)葉片氣動特性分析    焦華超

兆瓦級風(fēng)能發(fā)電機(jī)組葉片的動態(tài)特性及響應(yīng)分析    潘虹

兆瓦級風(fēng)電機(jī)組電動變槳距控制系統(tǒng)的研究與實現(xiàn)    葉成城

兆瓦級風(fēng)電機(jī)組最佳功率控制研究    羅劍波

兆瓦級風(fēng)力機(jī)的智能控制算法研究    陳兆圣

兆瓦級激光與光纖耦合技術(shù)研究    劉堃

兆瓦級高速永磁同步電動機(jī)的電磁設(shè)計與損耗分析    黃娜

兆瓦級風(fēng)機(jī)變槳系統(tǒng)研究    李文博