侧风对风轮应力应变及振动频率影响的研究

发布时间：2023-05-08 05:10

　　风力机在运行过程中不可避免地会受到侧风的作用,即在风轮运行中伴随着侧风产生的外界激励作用,可知侧风是风力机发生振动的主要诱因之一。同时,风轮又是风力机的主要动力部件,故研究风轮振动参数随侧风工况变化的响应特征是保证风力机安全稳定运行的基础,但受限于数值模拟方面有效解耦方法的发展滞后和风轮动态振动特性测试相关实验技术手段的起步阶段,使得该方面研究的机理仍未得到完整的诠释,相关研究方法仍未得到充分的发展,因此开展侧风对风轮振动响应影响的相关方面研究具有较好的实用价值。由于小型风力机叶片刚度大、变形小,本文只考虑了流场对结构的作用,故基于单向流固耦合分析方法,在侧风工况下针对某风轮直径为1.4m的小型水平轴风力机开展数值模拟。首先开展气动载荷计算,发现侧风工况下处于顺流的叶片流线分布受风向影响最大,甚至根部出现流线分流现象,同时揭示了侧风气动载荷的不对称性。在气动载荷施加在风轮表面的基础上,针对最大应力/应变、平均应力/应变两类变量,开展侧风工况下风轮应力应变特性的分析。研究发现:风轮最大应力、应变均出现在一阶对称振型处;随侧风角的增加,侧风角小于5°时,风轮最大应力、应变值逐渐降低,而侧风...

【文章页数】：58 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景
    1.2 研究意义及目的
    1.3 国内外研究现状
        1.3.1 国外研究现状
        1.3.2 国内的研究现状
    1.4 主要研究内容
第二章 基础理论
    2.1 风力机的侧风理论
    2.2 风轮的空气动力学理论
        2.2.1 动量理论
        2.2.2 叶素理论
        2.2.3 风力机叶片受力
    2.3 风力机结构动态原理
        2.3.1 振动基本原理
        2.3.2 气动弹性
    2.4 有限元分析的基本理论
        2.4.1 应力应变理论
        2.4.2 模态分析
第三章 数理模型和计算方法
    3.1 数理模型
        3.1.1 风力机建模
        3.1.2 计算域构造
    3.2 网格划分
        3.2.1 流场网格划分
        3.2.2 结构网格划分
    3.3 控制方程及流场边界条件
    3.4 风力机材料属性的设置
    3.5 模态参数的设置
第四章 侧风对风力机振动响应的研究结果
    4.1 侧风对流场影响的研究
    4.2 侧风对风轮应力应变影响的研究
        4.2.1 风轮最大应力值随侧风角的变化规律
        4.2.2 风轮平均应力值随侧风角的变化规律
        4.2.3 风轮最大应变随侧风角的变化规律
        4.2.4 风轮平均应变值随侧风角的变化规律
    4.3 侧风对风轮振动频率影响的研究
        4.3.1 风轮振动频率随侧风角的变化规律
        4.3.2 材料属性验证
    4.4 风向与风速对风轮振动频率影响的研究
结论
参考文献
致谢
攻读学位期间发表的学术论文与取得的研究成果



本文编号：3812054