【摘要】： 風能的利用對于改善能源結(jié)構(gòu)具有深遠意義。近年來,兆瓦級風力機成為發(fā)展的主流,大型水平軸風力機是一個復雜的柔性多體系統(tǒng),系統(tǒng)之間的耦合作用較為顯著,良好的動力學特性對于風力機穩(wěn)定運行很重要。作為直接的捕風機構(gòu),葉片尺寸的大型化使得其柔性不斷增強,合理的整機動態(tài)性能設計能夠增強風機的抗臺風性能,拓寬高風速下運行的可靠性。 本文在對風力機系統(tǒng)動力學理論研究的基礎上,采用有限元分析和實驗結(jié)合的方法,針對單葉片和風力機整機多體系統(tǒng)的動力學特性進行了研究,結(jié)果表明:葉片正常工作時的動力剛化因素對葉片自然頻率的影響較小,葉片在額定轉(zhuǎn)速范圍內(nèi)不會發(fā)生共振,通過單向?qū)愉亴咏嵌鹊母淖兡軌蝻@著的調(diào)整葉片的固有頻率,非定常風的激勵使得葉片振動產(chǎn)生與葉片鋪層結(jié)構(gòu)相關的交變應力;對塔架自然頻率調(diào)諧方法和系統(tǒng)耦合頻率的研究結(jié)果表明:相對于壁厚和截面慣性矩,塔架的高徑比能夠顯著的改變自身的柔度和一階彎曲頻率,這對塔架的動力學設計具有指導意義,風輪塔架系統(tǒng)的耦合頻率與塔架的柔度成正比;在陣風載荷激勵下,對風力機多體系統(tǒng)的瞬態(tài)響應進行了計算,結(jié)果表明:風力機三葉片和塔架各處的位移、速度和加速度響應呈現(xiàn)周期性交變,風輪和塔架聯(lián)接軸的剛度會對葉片輪轂和塔頂附近的動態(tài)響應產(chǎn)生較大影響。 同時,根據(jù)風力機多體系統(tǒng)和沿海一類棕櫚科植物工作環(huán)境應力的相似性,結(jié)合仿生學方法對植物樹干進行了樣本測量和材料的拉伸試驗,獲得了樹干截面直徑的幾何分級和結(jié)構(gòu)材料的分級特征;并與塔架有限元模型進行了靜動力學性能對比,結(jié)果表明:相對于塔架,棕櫚樹干具有良好的柔性,從而能夠減少外載荷引起的應力損傷和提高對環(huán)境的自適應性,這對于柔性風力機的仿生設計和抗臺風設計具有重要的借鑒意義。
【學位授予單位】：華南理工大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2010
【分類號】：TK83

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本文編號：2673706