| 【中文题名】 | 风力机旋转叶片动力特性及响应分析 |
| 【英文题名】 | Analysis of Dynamic Characteristics and Response for Rotating Blades of Wind Turbine |
| 【学科专业】 | 工程力学 |
| 【论文级别】 | 硕士论文 |
| 【投稿时间】 | 2005-9-30 |
| 【中关键词】 | 风力机,结构动力学,柔性多体动力学,有限单元法,数值方法, |
| 【英关键词】 | wind turbine,structure dynamics,flexible multi-body dynamics,finite element method,numerical method, |
| 【分类导航】 | 工业技术>能源与动力工程>风能、风力机械>风力机械和设备>> |
| 【论文摘要】 | 本文针对现代大型水平轴风力机的结构和运行特点,应用现代柔性多体动力学理论和
有限元数值分析相结合的方法,对大型风力机叶片的动力特性以及在气动和机械载荷作用
下的结构动力学响应进行了研究。论文主要包括:基于柔性多体动力学理论的风力机旋转
叶片动力学模型的建立和数值求解方法研究;叶片的振动特性分析;叶片在气动和机械载
荷作用下的结构动力学响应分析。
首先,简要介绍了现代柔性多体动力学和有限单元法的基本理论,用有限元分析软件
ANSYS对风力机叶片建模,并求解了1.5MW变速恒频风力机叶片的固有频率与振型。探
讨了旋转叶片动力刚化效应产生的原因,并分析其对叶片固有频率的影响。
接着,对旋转叶片进行有限元离散,采用凯恩(kane)方法,建立了一般形式的大型
风力机叶片柔性多体动力学有限元方程:结合大型叶片几何构形特点,导出了基于
Timoshenko模型的旋转叶片的三维空间梁单元动力矩阵的显式表达式。分别用常规方法与
柔性多体动力学方法求解了1.5MW风力机叶片的固有频率与振型。并将结果与之前在
ANSYS中计算的结果进行比较验证。
最后,对... |
| 【论文题纲】 |
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摘要 |
2-3 |
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ABSTRACT |
3-4 |
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目录 |
4-6 |
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第一章 绪论 |
6-14 |
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1.1 课题研究的背景与意义 |
6 |
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1.2 世界与我国风力发电发展现状 |
6-9 |
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1.3 风力机叶片结构动力学的发展与现状 |
9-11 |
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1.4 柔性多体系统动力学的发展与现状 |
11-13 |
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1.5 本论文所进行的主要工作 |
13-14 |
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第二章 柔性多体动力学与有限元分析基础 |
14-23 |
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2.1 柔性多体动力学的工程应用背景 |
14-15 |
|
2.2 柔性多体动力学的研究对象与内容 |
15 |
|
2.3 柔性多体动力学分析原理与方法 |
15-18 |
|
2.3.1 描述运动的两种方式 |
15-16 |
|
2.3.2 可能位移与虚位移 |
16 |
|
2.3.3 广义坐标与广义力 |
16-18 |
|
2.4 凯恩方法 |
18-20 |
|
2.4.1 广义速率 |
18 |
|
2.4.2 偏速度与偏角速度 |
18-19 |
|
2.4.3 凯恩方程 |
19-20 |
|
2.5 有限单元法理论基础 |
20-23 |
|
2.5.1 有限元法的基本思想 |
20-21 |
|
2.5.2 有限元分析步骤 |
21-23 |
|
第三章 旋转叶片有限元模型的建立 |
23-30 |
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3.1 叶片动力特征方程的建立及求解 |
23 |
|
3.2 叶片有限元模型的建立 |
23-24 |
|
3.3 叶片动力刚化及其对叶片动力特性的影响 |
24-26 |
|
3.4 约束条件和模态方程求解 |
26 |
|
3.5 1.5MW变速恒频风力机叶片模态分析 |
26-28 |
|
3.5.1 叶片设计与材料参数 |
26-27 |
|
3.5.2 1.5MW风力机叶片模态分析 |
27-28 |
|
3.6 小结 |
28-30 |
|
第四章 旋转叶片的柔性多体动力学建模与模态分析 |
30-45 |
|
4.1 旋转叶片的有限元动力学方程 |
30-32 |
|
4.2 旋转叶片动力阻尼阵与动力刚度阵的显式形式 |
32-37 |
|
4.3 旋转叶片的几何刚度阵 |
37-38 |
|
4.4 旋转叶片的固有频率与振型 |
38-43 |
|
4.4.1 旋转梁的固有频率与振型 |
38-41 |
|
4.4.2 1.5MW变速恒频风力机叶片模态分析 |
41-43 |
|
4.5 结论 |
43-45 |
|
第五章 旋转叶片的动力学响应 |
45-59 |
|
5.1 非线性动力学方程的数值积分解法 |
45-51 |
|
5.1.1 直接积分法一: newmark-β法 |
46 |
|
5.1.2 直接积分法二: wilson-θ法 |
46-47 |
|
5.1.3 newmark增量迭代法 |
47-48 |
|
5.1.4 规则矩形截面旋转梁位移响应分析 |
48-51 |
|
5.1.5 解的稳定性分析 |
51 |
|
5.2 1.5MW变速恒频风力机叶片动力响应分析 |
51-57 |
|
5.2.1 叶片的运动与变形分析 |
51-53 |
|
5.2.2 叶片所受载荷 |
53-57 |
|
5.3 结论 |
57-59 |
|
第六章 总结与展望 |
59-60 |
|
6.1 本文结论 |
59 |
|
6.2 研究展望 |
59-60 |
|
参考文献 |
60-63 |
|
致谢 |
63-64 |
|
硕士期间发表的论文 |
64 |
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| 【DOI】 | LunWen.ID:2.2008.133389 |
