【摘 要】
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旋转的风电叶片受弹性力与离心力作用,刚度会随叶片旋转角速度变化而变化,即动力刚化效应。在叶片大型化的趋势下,动力刚化效应愈发显著,对机组动态响应和运行稳定性的影响至关重要。然而,目前聚焦风电叶片动力刚化效应的相关研究较少,缺乏对动力刚化效应影响因素的定量分析。针对此问题,首先,采用瑞利里兹法对叶片动力刚化问题进行了定性研究,提出了动力刚化曲线和动力刚化系数;其次,通过一维梁有限元模型,确定了动力刚
【基金项目】
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国家自然科学基金:基于弹性致动线的大变形叶片流固耦合作用机理研究(NSFC 52006071);
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旋转的风电叶片受弹性力与离心力作用,刚度会随叶片旋转角速度变化而变化,即动力刚化效应。在叶片大型化的趋势下,动力刚化效应愈发显著,对机组动态响应和运行稳定性的影响至关重要。然而,目前聚焦风电叶片动力刚化效应的相关研究较少,缺乏对动力刚化效应影响因素的定量分析。针对此问题,首先,采用瑞利里兹法对叶片动力刚化问题进行了定性研究,提出了动力刚化曲线和动力刚化系数;其次,通过一维梁有限元模型,确定了动力刚化系数的重要影响因素;最后,通过三维有限元模型,揭示了动力刚化对叶片结构动力特性的影响规律。主要研究内容如下:(1)建立风电叶片的等效悬臂楔形梁模型,利用瑞利里兹法获取动力刚化效应对叶片固有频率的影响规律,发现固有频率与旋转速度关系曲线,即动力刚化曲线,可近似为抛物线,提出了动力刚化效应系数。(2)基于铁木辛柯梁理论,建立了叶片一维梁有限元模型。验证并推广了动力刚化曲线。揭示了动力刚化系数的重要影响因素,即叶片长度、刚重比与展弦比。(3)通过三维有限元模型,对不同转速,不同运动姿态的叶片进行了模态分析。计算结果表明:在正常运行转速下,动力刚化曲线符合抛物线规律。对于同阶的弯曲振动,不同叶片的动力刚化系数与静模态频率的乘积近似相等。重力、运动姿态等其他因素对叶片固有频率影响很小。提出的动力刚化相关规律有助于简化对叶片动力刚化效应的分析过程,可为未来大型叶片设计工作提供参考,具有重要的工程应用价值。
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