【摘要】：風(fēng)力機(jī)是承受復(fù)雜隨機(jī)載荷的動力系統(tǒng),其動態(tài)氣動彈性問題涉及隨機(jī)動態(tài)氣動力與結(jié)構(gòu)動力響應(yīng)之間的相互作用,是一個含大氣邊界層湍流風(fēng)場、風(fēng)輪動態(tài)空氣動力學(xué)、葉片及機(jī)組結(jié)構(gòu)動力學(xué)的多學(xué)科交叉問題。本文基于國家自然科學(xué)基金項(xiàng)目“考慮葉片柔性變形的風(fēng)力機(jī)氣動彈性問題研究”,針對現(xiàn)代大型水平軸風(fēng)力機(jī)自身的結(jié)構(gòu),結(jié)合外部運(yùn)行特點(diǎn)和國際設(shè)計標(biāo)準(zhǔn),應(yīng)用現(xiàn)代模態(tài)分析理論和有限元數(shù)值分析相結(jié)合的方法,以1.5MW水平軸風(fēng)力機(jī)為對象,研究了大型風(fēng)力機(jī)在空氣動力載荷和機(jī)械載荷作用下的結(jié)構(gòu)動力學(xué)響應(yīng)分析方法。 本論文采用以葉素動量理論為基礎(chǔ)的動態(tài)氣動分析方法來得到氣動載荷,建立結(jié)構(gòu)動力學(xué)響應(yīng)模型分析隨機(jī)氣動載荷作用下的結(jié)構(gòu)動態(tài)響應(yīng)及氣動彈性載荷。考慮塔架結(jié)構(gòu)變形對葉片的動態(tài)反饋?zhàn)饔?并通過模態(tài)綜合法,實(shí)現(xiàn)風(fēng)輪和塔架的耦合。最后,利用Palmgren Miner線性累積損傷理論來計算風(fēng)力機(jī)的安全疲勞壽命。 論文主要包括以下幾個方面的內(nèi)容: (1)分析風(fēng)力機(jī)基本的空氣動力特性。根據(jù)修正后的葉素動量理論對作用在風(fēng)輪葉片上氣動載荷進(jìn)行估算。 (2)將葉片和塔架簡化為變截面懸臂梁,采用二節(jié)點(diǎn)梁單元建立其有限元模型。利用多自由度拉格朗日方程建立運(yùn)動方程,通過模態(tài)分析得到固有頻率和振型。考慮風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)頻率,避免風(fēng)力機(jī)固有頻率和激振頻率重疊引起共振。 (3)運(yùn)用模態(tài)疊加理論和Newmark法來求解運(yùn)動方程,獲得葉片和塔架在載荷作用時的動態(tài)響應(yīng),并編制相應(yīng)的計算程序。 (4)研究風(fēng)輪和塔架的耦合方法,考慮塔架變形對風(fēng)輪動態(tài)氣動特性影響。計算低階主導(dǎo)模態(tài),通過模態(tài)綜合法建立風(fēng)輪模態(tài)和塔架模態(tài)的相互聯(lián)系。考慮它們之間氣動彈性的影響,疊加時序的變化,運(yùn)用迭代算法求得主模態(tài)的響應(yīng)結(jié)果。 (5)利用雨流計數(shù)法統(tǒng)計風(fēng)力機(jī)隨機(jī)載荷譜和Palmgren-Miner線性累積損傷法則進(jìn)行葉片疲勞壽命的估算。
【學(xué)位授予單位】：汕頭大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2011
【分類號】：TK83
【圖文】：

圖 1-1 全球前十位累積裝機(jī)容量 圖 1-2 全球前十位新增裝機(jī)容量Fig.1-1 Top 10 cumulative capacity Fig.1-2 Top 10 new installed capacity根據(jù)全球風(fēng)能理事會（GWEC）2010 年年度市場調(diào)查報告分析[3]，2010 年全球累積裝機(jī)容量為 197039MW，新增裝機(jī)容量為 38265MW。從 2003 到 2010 年亞洲的年度裝機(jī)容量增長最為迅速。圖 1-3 和圖 1-4 分別為 1996 年到 2010 年全球累積裝機(jī)容量和全球年度裝機(jī)容量。圖 1-5 為 2003 年到 2010 年，按區(qū)域劃分的年度裝機(jī)容量。圖 1-3 1996 年到 2010 年全球風(fēng)電累積裝機(jī)容量

圖 1-1 全球前十位累積裝機(jī)容量 圖 1-2 全球前十位新增裝機(jī)容量Fig.1-1 Top 10 cumulative capacity Fig.1-2 Top 10 new installed capacity根據(jù)全球風(fēng)能理事會（GWEC）2010 年年度市場調(diào)查報告分析[3]，2010 年全球累積裝機(jī)容量為 197039MW，新增裝機(jī)容量為 38265MW。從 2003 到 2010 年亞洲的年度裝機(jī)容量增長最為迅速。圖 1-3 和圖 1-4 分別為 1996 年到 2010 年全球累積裝機(jī)容量和全球年度裝機(jī)容量。圖 1-5 為 2003 年到 2010 年，按區(qū)域劃分的年度裝機(jī)容量。圖 1-3 1996 年到 2010 年全球風(fēng)電累積裝機(jī)容量

圖 1-1 全球前十位累積裝機(jī)容量 圖 1-2 全球前十位新增裝機(jī)容量Fig.1-1 Top 10 cumulative capacity Fig.1-2 Top 10 new installed capacity根據(jù)全球風(fēng)能理事會（GWEC）2010 年年度市場調(diào)查報告分析[3]，2010 年全球累積裝機(jī)容量為 197039MW，新增裝機(jī)容量為 38265MW。從 2003 到 2010 年亞洲的年度裝機(jī)容量增長最為迅速。圖 1-3 和圖 1-4 分別為 1996 年到 2010 年全球累積裝機(jī)容量和全球年度裝機(jī)容量。圖 1-5 為 2003 年到 2010 年，按區(qū)域劃分的年度裝機(jī)容量。

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本文編號：2781890