發(fā)布時間：2021-09-03 19:11

　　為分析風(fēng)力機(jī)葉片在旋轉(zhuǎn)時的振動頻率,采用剛-柔耦合一次近似模型,并考慮離心剛化效應(yīng),推導(dǎo)葉片在旋轉(zhuǎn)時的動力學(xué)方程,并給出葉片的剛度和質(zhì)量矩陣的表達(dá)式。最后,計算某風(fēng)力機(jī)葉片在不同轉(zhuǎn)速和不同輪轂半徑下的振動頻率。計算結(jié)果表明,一次近似模型中的剛-柔耦合效應(yīng)對葉片旋轉(zhuǎn)時的各階振動頻率均有較大影響。研究結(jié)果對風(fēng)力機(jī)葉片的動力學(xué)設(shè)計具有一定參考價值。 

【文章來源】：太陽能學(xué)報. 2019,40(04)北大核心EICSCD

【文章頁數(shù)】：5 頁

【部分圖文】：

一次近似模型中柔性梁變形的幾何描述Fig.1Descriptionofdeformationofelasticbeaminoneorderapproximationmodel

ùúúUmVmWm=éêêêùúúús-yVx-zWx-12∫0x[(Vε)2+(Wε)2]dεV-θ1zW+θ1y（5）式中，θ1——截面扭轉(zhuǎn)角；ε——微元段伸長率。在縱向變形U中，-12∫0x[(Vε)2+(Wε)2]dε是變形的二次耦合項，而零次近似理論忽略了二次耦合項，縱向變形為U=s-yVx-zWx。2柔性梁作定軸轉(zhuǎn)動時的動力學(xué)方程如圖2所示，xyz為參考基，x′y′z′為連體基，z軸和z′軸平行，連體基原點固結(jié)在未變形的梁的一端上，連體基繞z軸作勻速定軸轉(zhuǎn)動，角速度為α。r0為連體基原點關(guān)于參考基的矢徑，模為R。ρ0′為未變形時梁的非中線上任意一點k關(guān)于連體基原點的矢徑，u0′為變形位移矢量，則在參考基下，k點矢徑r可表示為式（6）。圖2梁作定軸轉(zhuǎn)動Fig.2Beamrotatesaroundafixedaxisr=r0+A(ρ0′+u0′)（6）式中，A——連體基關(guān)于參考基的方向余弦矩陣，A=éêêùúúcosαt-sinαt0sinαtcosαt0001。對式（6）求導(dǎo)，可得k點速度在參考基下為：(r)=(r0)+Aα~(ρ0′+u0′)+A(u0′)（7）式中，(.)——對時間求導(dǎo)；α——反對稱矩陣，α=éêêùúú0-α0α00000。下面采用有限元方法對柔性梁進(jìn)行離散，將梁離散成n個單元，每個單元由2個節(jié)點i和j，每個節(jié)點具有3個平動自由度和

動頻率幾乎相同。一次近似模型對葉片表現(xiàn)出剛化效應(yīng)，且對葉片的高階振動頻率影響與只考慮離心剛化效應(yīng)相比更為明顯，其2階~4階振動頻率大于離心剛化效應(yīng)的相應(yīng)頻率。2）由圖3可知，零次近似模型對梁的振動頻率具有軟化效應(yīng)，但這種作用在低轉(zhuǎn)速下不明顯，只有在很高轉(zhuǎn)速下，才能體現(xiàn)出來。在低轉(zhuǎn)速范圍時，隨著轉(zhuǎn)速的提高，一次近似模型的一階振動頻率提高，體現(xiàn)對葉片的剛化效應(yīng)，但是超過一定的轉(zhuǎn)速后，其一階振動頻率又隨著轉(zhuǎn)速的提高而減小，體現(xiàn)對葉片的軟化效應(yīng)�？紤]了離心剛化效應(yīng)后，葉片的一階振動頻率始終隨轉(zhuǎn)速的增加而增加。圖3第1階振動頻率隨轉(zhuǎn)速的變化Fig.3Firstnaturalfrequencyvariedwithchangeofrotationspeed3）由圖4可知，在額定轉(zhuǎn)速時，除了靜止情況以外，葉片的一階振動頻率均隨著輪轂半徑的增大而增大。零次模型對葉片的軟化作用非常不明顯，只考慮離心剛化和零次模型加離心剛化這2條曲線基本重合。圖4第1階振動頻率隨輪轂半徑的變化Fig.4Firstnaturalfrequencyvariedwithchangeofradiusofhub4結(jié)論1）本文推導(dǎo)葉片在考慮一次近似模型下的動力學(xué)方程，并計算葉片在旋轉(zhuǎn)時的振動頻率。通過對葉片的振動頻率計算對比可看出，在額定轉(zhuǎn)速下，考慮一次近似模型的葉片各階振動頻率相比靜止情況均有提高，且對高階振動頻率的影響更為顯著，這與以往文獻(xiàn)［5，6］只考慮離心剛化效應(yīng)和采用零次近似模型得出的結(jié)論有明顯的區(qū)別。2）一次近似模型對葉片產(chǎn)生剛化效應(yīng)還是軟化效應(yīng)，具體取決于葉片的轉(zhuǎn)速以及自身剛度和質(zhì)量分布，而對于大型風(fēng)力機(jī)葉片這種細(xì)長懸臂梁式結(jié)構(gòu)，且一般轉(zhuǎn)速較低的情況下，主要體現(xiàn)對葉片的剛化效應(yīng)，而零次近似?

【參考文獻(xiàn)】：
期刊論文
[1]考慮應(yīng)力剛化影響的風(fēng)力機(jī)葉片振動模態(tài)分析[J]. 孫保蒼,李鵬飛.  可再生能源. 2012(05)

博士論文
[1]旋轉(zhuǎn)葉片剛?cè)狁詈舷到y(tǒng)動力學(xué)研究[D]. 吳艷紅.哈爾濱工程大學(xué) 2011

碩士論文
[1]作大范圍運(yùn)動柔性梁和柔性薄板剛?cè)狁詈蟿恿W(xué)建模與仿真[D]. 吳勝寶.南京理工大學(xué) 2009
[2]風(fēng)力機(jī)旋轉(zhuǎn)葉片動力特性及響應(yīng)分析[D]. 信偉平.汕頭大學(xué) 2005



本文編號：3381696