风力机多层约束阻尼叶片抑颤性分析

为解决大型风力机叶片的颤振问题,将多层约束阻尼结构应用于风机叶片。基于复刚度法建立了局部多层约束阻尼叶片的动力学模型,并推导出结构损耗因子的计算式。采用混合单元法建立了某1. 5MW风力机普通叶片、单层约束阻尼叶片、多层约束阻尼叶片有限元模型,并进行了模态分析;通过Newmark直接积分法对三种叶片在额定风速下的动态响应进行了仿真对比。结果显示,多层约束阻尼叶片较单层约束阻尼叶片和普通叶片具有更好的抑颤性能,结构阻尼更高。研究结果可为大型风力机抑颤设计提供参考。     

大型风力机叶片阻尼层厚度分析与抑颤研究

为增强大型风力机叶片抑颤效果,从增加叶片的结构阻尼角度出发,以8MW风力机叶片为研究对象,通过铺层设计和阻尼层位置设计为建立阻尼叶片有限元模型提供基础.分别以SHELL181单元和SOLID185单元模拟叶片上下蒙皮和阻尼层,对无阻尼叶片和阻尼叶片两种模型进行模态分析,探究阻尼层厚度变化对原叶片整体质量、固有频率及结构...     

嵌入式共固化复合材料阻尼结构阻尼性能的实验研究

使用丁基橡胶作为黏弹性阻尼材料的主要原料,并使用模压法将该阻尼材料制成薄膜,再与环氧树脂玻璃布预浸料按固化曲线制得嵌入式共固化复合材料阻尼结构试件。然后测试其阻尼性能。结果表明嵌入较薄阻尼层会在构件刚度改变不大的情况下增大试样的阻尼。而嵌入阻尼层较厚时,对试件的刚度影响较大。随着阻尼层厚度的增加,构件阻尼的增加量逐渐降低。因此,以增加阻尼层厚度来提高构件阻尼的方法是不可取的。     

腹板铺层参数对风力机叶片结构性能的影响

为研究腹板铺层参数对风力机叶片结构性能的影响。以某1.5 MW水平轴风力机叶片为研究对象,基于有限元分析方法,利用ANSYS软件中梁单元模拟腹板铺层,保持叶片前缘、后缘以及梁帽的铺层形式不变,通过改变腹板铺层角度、顺序和不同铺层角度的层数占整个铺层层数的比例,得到多种研究方案,并对不同方案时的叶片进行模态分析。结果表明:腹板±45°铺层较其他铺层角度能够更好的承受剪切载荷;腹板铺层角度应以±45°为主,且±45°铺层占整个铺层的58%左右时叶片结构性能最好;为了减小各层之间的剪切应力,应避免0°铺层和90°铺层连续铺放。     

风力机叶片结构参数敏感性分析及优化设计

以某1.5 MW风力机叶片为实例,建立叶片有限元模型,并对叶片关键结构参数进行敏感性分析。结果表明,铺层角度对叶片结构特性影响最大,主梁帽宽度及铺层厚度的影响次之,主梁帽铺层位置以及腹板布置位置的影响最小。在敏感性分析的基础上,建立以叶片质量最轻为目标函数,以主梁帽宽度、铺层数、铺层位置以及腹板布置位置为设计变量,以叶片的强度、刚度与振动性能为约束条件的优化设计数学模型,采用遗传算法与有限元法相结合的方法对叶片结构进行优化设计研究。与原设计方案相比,优化设计方案的叶片质量减轻9.8%,结构应变分布更为合理,且不会发生共振,表明优化方法合理有效。     

嵌入式共固化缝合阻尼复合材料的力学性能

为了提高复合材料的层间结合性能,满足其三维力学性能可设计性的要求,提出了嵌入式共固化缝合阻尼复合材料结构,开发了嵌入式共固化缝合阻尼复合材料的制作工艺,其中阻尼材料的硫化温度和时间与预浸料内树脂的固化温度和时间相同。采用改进的锁式缝合方法缝合铺层后的预成型体,使用热压罐制备出嵌入式共固化缝合阻尼复合材料试件。对试件进行了层间剪切试验、自由衰减试验、拉伸破坏试验,结果表明:阻尼性能与最大拉伸力随着针距的增大而增大,层间结合性能随针距的增大而变差。其中,在阻尼层厚度为0.1 mm的情况下,改变针距,缝合后材料的相对阻尼比为2.16%～2.92%,拉伸强度为412.9～427.4 MPa,层间结合强度为6.12～7.91 MPa。该研究可为对三向力学性能有要求的复杂受载大阻尼复合材料构件的广泛应用提供参考。     

各向异性层合阻尼材料的模态应变能分析

将大型有限元软件ANSYS10．0引入到各向异性层合阻尼材料的结构分析中,应用基于应变能的模态分析方法研究了各向异性层合阻尼材料的固有频率和总应变能分布随材料主控参数的变化情况,为进一步分析各向异性层合阻尼结构的阻尼性能奠定基础。分析结果表明：主控层第5层的纤维铺设角度和第2层的铺层厚度分别取90°和0．5mm时试件的结构损耗性能最优。     

考虑气动弹性的风力机叶片分析

运用修正的叶素-动量理论和有限元方法,建立了一种全新的考虑气动弹性的风力机叶片性能分析方法.运用该方法,在多种风速工况下对某850 k W风力机叶片的性能进行了计算,结果表明:对于大功率风力机,在大风速大载荷工况下,气动弹性对风轮性能有明显的影响,使叶片偏离原设计值.该方法的运用对于叶片的气动设计、载荷计算和结构设计有实际指导意义.     

考虑温度影响的气膜阻尼结构抑振率分析

气膜阻尼能够有效抑制航空发动机叶片的多阶振动，且具有结构简单、附加质量小等优点。针对带气膜阻尼平板结构，建立了带气膜阻尼平板振动模型，推导出考虑温度影响的抑振率表达式；采用有限元法，研究了均匀温度场和非均匀温度场对气膜阻尼结构抑振率的影响。结果表明：(1)无论是在均匀温度场还是非均匀温度场下，带气膜阻尼平板均表现出较高的抑振率；在两种温度场下，平板温度由20℃增加至600℃,带气膜阻尼平板抑振率增幅均不超过10%。(2)气膜内气体温度由室温20℃增加到600℃时，带气膜阻尼平板抑振率增幅变化不超过4%,气膜内气体随温度变化对带气膜阻尼平板抑振率影响较小，可适用于不同温度环境。(3)当平板振动为二扭振型时，气膜阻尼结构抑振效果不仅大幅下降，而且吸振薄板的振动会加剧平板本身的振动，且在不同温度梯度下都可能出现。     

风力机叶片断面的几何参数分析

针对风力机叶片内部的结构形式,采用薄壁结构力学多闭式理论,对某种风力机叶片结构进行简化和分析,建立几何模型,利用MATLAB进行编程计算,得到叶片断面的弯扭特性参数.分析结果表明,风力机叶片断面的扇性静矩分布并不均匀,在叶片断面头部的值较小,尾部的值较大,容易造成叶片后缘失稳.在风力机叶片结构设计时,要提高叶片后缘部分的设计参数,以满足叶片的结构强度、刚度及稳定性要求.     

风力机叶片极限载荷评价与分析

根据德国GL2010国际标准,运用Bladed软件,对某一850kW的风力机叶片和与之相匹配的风力机发电机组进行建模,并分析其气动额定功率、系统共振等情况,验证叶片运行中的可靠性。分别施加GL标准中的所有工况,对叶片进行仿真计算和比较分析,得到影响叶片气动性能主要是Dlc4.2b、Dlc1.3a等工况,初步建立以叶根载荷为标准的风力机叶片评价体系。此评价体系同样适用于Bladed软件自带的demo叶片模型。以该评价体系为基础,计算850kW叶片叶根处的极限载荷,得到其挥舞极限载荷为353 663N·m,比原设计值小了2.5%,进而验证该叶片在运行中安全可靠,同时,验证了载荷评价体系的可靠性。     

复合材料层合结构的热和力学分析

针对复合材料层合结构的热和力学分析提出了一种多层相对自由度壳元。整个分析过程可以在同一套有限元网格下实现。该单元基于三维有限元提出,易于与三维实体单元连接。采用了一种应力后处理方法以准确计算复合材料旋转壳体中的横向应力。两个数值算例说明了程序的可靠性。分析了受热载荷作用的带开孔和补强的复合材料圆柱壳,结果显示当补强层与面板的热膨胀系数相差过大时,孔边会存在较大的层间应力,可能会导致分层破坏。     

层合梁结构的粘弹性界面分析

为了更好地了解弱界面对于结构力学响应的影响,通过对一平面应力问题的分析,研究了简支边界条件下层合梁结构在静态荷载作用下的粘弹性界面反应.用Kelvin-Voigt粘弹性模型模拟界面特性,得到了结构依赖于时间关系的弹性力学精确解.此外,对同厚度的弹性各向同性材料的三层层合梁结构进行了数值计算.结果表明,层合梁结构的力学响应对粘弹性界面的反应非常敏感.与粘性界面的最大不同之处在于当时间趋近于无穷大时,粘弹性界面仍然有传递层间剪力的能力.     

基于参数建模的风力机预弯叶片结构优化设计

风力机预弯叶片的弯曲型线和铺层结构设计之间存在着耦合关系.为了实现叶片预弯型线和铺层结构的一体化设计,提出一种预弯型线和铺层结构的参数化表达方法,并通过实例验证了叶片有限元参数化建模分析方法的正确性;构建了预弯叶片弯曲型线和铺层结构的一体化优化设计模型,采用粒子群算法,以叶片的质量最小为优化目标,在满足材料强度、叶尖最大变形、振动频率的约束条件下,对某低风速850k W非预弯叶片进行预弯及铺层层数优化设计.优化结果显示,优化叶片在满足设计约束的条件下重量减少了15.26%,验证了文中提出的预弯叶片弯曲型线及铺层结构协同优化设计方法的正确性.     

气动力和离心力载荷对风力机叶片结构特性影响

采用雷诺平均NS方程和标准k-ε湍流模型,在不同风速和转速下对某风力机叶片基于Workbench进行了单向流固耦合数值模拟,分别分析了气动力载荷和离心力载荷对风力机叶片功率及风力机叶片结构特性的影响。结果表明:相对于气动力载荷,风力机叶片离心力载荷对风力机叶片结构特性的影响较大。     

风力机叶片表面覆冰影响因素分析

我国低温高海拔地区的风能资源十分丰富,风力机在该环境下运行时会产生叶片表面覆冰现象,不仅降低风力机的发电效率,严重时会影响结构安全性能.采用Fluent与FENSAP-ICE相结合的方法对风力机叶片表面覆冰问题进行数值模拟分析,明确环境温度、来流速度、水滴等主要环境因素影响下叶片表面覆冰发展规律.结果表明,环境温度从-5℃降低到-20℃的过程中,覆冰质量随温度的降低呈线性增长,增长幅度约为0.74 kg/℃;当温度继续降低时,覆冰质量增长幅度降低为0.228 kg/℃.来流速度、空气中水含量(LWC)与水滴直径(MVD)的增加均使覆冰质量呈线性提高,覆冰质量增长幅度分别约为0.236 kg·s/m、8.529 kg·m³/g、0.512 kg/μm.降低环境温度、增大来流速度和LWC会增加叶片覆冰面积,但增大MVD会使覆冰面积减小.     

大型风力机叶片三维建模及模态分析

对大型风力机叶片开展了三维建模和模态分析。先确定叶片几何参数,再将其翼型平面坐标转换为空间坐标,并通过Proe生成叶片三维几何模型。采用模态提取方法 Block Lanczos法对叶片进行模态分析,得出了叶片的前10阶模态,结果显示叶片的主要振动形式为挥舞和摆振,有较强的抗扭转能力,设计中应加强叶片的弯曲刚度。这为大型风力机叶片的设计和优化提供参考。     

带阻尼结构长叶片振动响应的研究

研究了大型汽轮机长叶片的阻尼结构对叶片振动的减振原理及效果。首先引入了干摩擦非线性连接元，并进而推导出摩擦力附加刚度及附加阻尼矩阵，建立了有限元动力方程。其次用摩擦阻尼情况下的振型叠加法编制了有限元程度，研究了叶片阻尼凸肩间的正压力和叶片响应的定量关系，找出了规律，在此基础上用８５１叶片作为算例，验证了干摩擦阻尼模型的合理性及程序的正确性。     

层合压电结构中的导波

基于状态空间列式和平面波展开技术,提出求解层合压电结构中导波传播的回传射线矩阵法一般列式.假定各层介质都是任意各向异性压电材料,从三维线性压电理论出发推导其状态方程,可考虑所有的波动模态.按照回传射线矩阵法的基本原理,分别由对偶坐标系中物理量的相容条件建立相位关系,由上下表面的边界条件和中间界面的耦合条件建立散射关系.由于相位关系中不包含大指数项,散射关系中又避免了矩阵求逆,因而该文提出的回传射线矩阵法列式是无条件数值稳定的,对所求解的层合结构的层数、单层厚度和计算频率没有任何限制.通过数值算例验证了该文方法计算层合压电结构弥散特性的有效性.