硬涂层材料对碳纤维增强复合材料叶片的振动特性影响

针对两类具有压电和压磁效应的典型陶瓷基材料的硬涂层,考虑硬涂层材料和碳纤维增强复合材料各向异性特征,建立硬涂层-碳纤维增强复合材料叶片动力学模型,基于模态分析的方法得出硬涂层材料对叶片固有频率的影响,采用谐响应分析方法研究叶片的振动响应特性,并对叶片不同转速下的固有特性进行分析。研究了硬涂层材料涂覆的厚度及位置对碳纤维增强复合材料叶片振动特性的影响,结果表明,具有压电效应的硬涂层材料涂敷在碳纤维增强复合材料叶片上可以减小振幅,从而达到减振的目的,且涂敷在叶盆上的减振效果优于涂敷在叶背上。     

风力机叶片等效悬臂梁模糊PID控制

针对嵌有复合材料的风力机叶片,其振动以挥舞为主要形式,能量主要集中在一阶、二阶,采用压电纤维作为敏感执行器件,组成压电智能控制系统,对风力机叶片振动进行研究.将风力机叶片等效为悬臂梁,基于压电材料的压电本构方程以及压电智能悬臂梁状态空间方程,采用模糊控制实现PID参数自整定,进行振动抑制并采用MATLAB进行值仿真,结果表明模糊PID在振动抑制上比普通PID有更好的自适应性,能够实现参数自动调整.     

汽轮机末级叶片振动特性研究

建立了汽轮机末级叶片的三维有限元模型,分析了叶片的静频和振型,然后计算了叶片在预应力条件下的动频,分析了工作转速对叶片振动特性的影响.最后在振动试验台上开展了叶片静频、动频和振动响应试验,实验结果与数值模拟吻合较好.研究结果表明:叶片的动频比静频大,且动频随转速的增加而增大;转速对低阶频率影响较大;在转速的9倍频激励时发生二阶共振,叶片易产生振动疲劳失效.     

基于疲劳试验数据的风电叶片刚度退化分析

玻璃纤维复合材料风电叶片的刚度退化是叶片力学性能疲劳变化的重要体现,以叶片疲劳试验数据为依据,对叶片进行刚度退化分析.基于复合材料层合板的疲劳破坏机理,将叶片结构等效简化为一端固定一端自由的悬臂梁,基于悬臂梁模型建立叶片的应力-应变分析模型,通过对叶片的疲劳试验数据的处理,实现叶片疲劳试验下的刚度退化规律分析.结果表明:在疲劳试验中叶片承受了20 a设计寿命的等效疲劳振动次数后,尚未失效.同时在该疲劳试验过程中,薄弱纤维断裂与基体裂纹饱和引起了纤维排布的改变,导致了叶片疲劳过程中出现了刚度略微上升的现象.     

叶片振动特性对相关参数的敏感性及频率优化

建立了叶片振动特性对相关参数的敏感度数学模型 ,给出了各相关参数对叶片振动频率影响的定量表达式 .提出了叶片频率优化问题的数学模型 ,并对单目标频率优化和多目标频率优化问题进行了探讨 .给出了一个实际叶片的算例 .     

振荡叶栅非定常流动的相互作用对叶片颤振的影响

考虑转轮叶片排的叶片之间非定常流动相互作用对叶片颤振性能的影响，解除了颤振预测中叶片排所有叶片均须以相同振幅振动的限制，发展了一种可以考虑叶片振幅和叶片间相角变化的叶片颤振预测方法，研究了振荡叶栅非定常流动相互作用对叶片颤振的影响。结果表明：振荡叶片与不振荡叶片之间的相互影响随振荡条件的不同而不同，振动叶片产生的非定常流动主要对相邻叶片产生较大的影响。叶片的颤振性能与叶片之间的相对振动条件有关，和实验结果一致。     

单向复合材料矩形截面圆柱弹簧的自由振动

把自然弯扭梁理论推广到材料为各向异性的情况,并得到了单向复合材料矩形截面杆件的圣维南扭转翘曲函数的解析公式.在此基础上,进一步导出了单向复合材料非圆截面圆柱螺旋弹簧的运动微分方程,它们由14个1阶偏微分方程组成.方程中不仅考虑了转动惯量、轴向和剪切变形的影响,而且首次考虑了簧丝横截面的翘曲变形对弹簧固有频率和振动模态的影响.由于方程呈现出很强的刚性,这里采用改进的Riccati传递矩阵法对弹簧的自由振动微分方程进行求解.计算表明,对于单向复合材料矩形截面圆柱螺旋弹簧,翘曲变形对其自由振动特性具有重大的影响,是必须考虑的重要因素.最后,研究了各种设计参数对此类弹簧固有频率的影响.     

纤维含量对麻纤维复合材料力学 和振动阻尼性能的影响

振动阻尼和力学性能是节能环保麻纤维增强复合材料推广应用于高铁、汽车等运载工具车身时需要考虑的重要和关键技术指标.为此,本文对洋麻纤维增强聚丙烯复合材料进行了拉伸力学性能试验和悬臂梁模态试验,得到了复合材料的拉伸性能和振动阻尼特性参数(固有频率和阻尼比),并探讨了纤维含量对复合材料力学性能和悬臂梁固有频率以及阻尼比的影响.结果表明:随着纤维含量的增加,复合材料的断裂伸长率逐渐降低,弹性模量和拉伸强度均呈增加趋势.同时,复合材料的悬臂梁固有频率随着纤维含量的增加而增加.然而,复合材料悬臂梁的阻尼比呈现先增加后降低的趋势,当纤维质量分数为10%时,阻尼比达到最大值为0.093,与纯聚丙烯相比,提高了20.8%.复合材料悬臂梁二阶阻尼比均高于一阶阻尼比,表明振动幅值影响麻纤维增强树脂基复合材料的阻尼性能.     

复合材料板弯扭耦合特性数值模拟

为研究复合材料风机叶片弯扭耦合特性,将风机叶片简化为对称非均匀复合材料层合板,研究不同的耦合区域对弯扭耦合效应的影响.在复合材料层合板不同区域对称铺设相同纤维角度的增强板.分析在集中静力荷栽作用下,层合板的静态弯扭耦合特性;结合模态分析方法,利用模态置信准则(MAC),定量分析不同位置耦合层合板的弯扭耦合动态效应.结果...     

覆冰条件下旋转风力机叶片振动特性及其影响因素分析

为探究覆冰条件下旋转风力机叶片振动特性,分析温度、湿度、风速、运行时间四个因素对覆冰叶片振动特性的影响,以1:12.5建立的实体风力机模型为研究对象,搭建旋转风力机叶片覆冰振动测试试验台,设计四因素三水平正交试验,采用环境激励(风激励)和多点拾振的方法进行模态测试。试验研究了不同覆冰状态下旋转风力机叶片的振动特性及其变化规律;以最大振动频率为评价指标,分析四个因素对覆冰风力机叶片振动特性的影响。结果表明:相同覆冰条件下,覆冰厚度不变,旋转风力机叶片振动频率由叶尖至叶根逐渐减小;覆冰位置不变,覆冰厚度增加,旋转风力机叶片振动频率逐渐降低;旋转风力机叶片运行环境温度和湿度变化对其振动频率的影响较大。为进一步分析覆冰条件下旋转风力机叶片的位移响应和振型变化,建立了风力机三维模型,利用ANSYS软件对其进行谐响应分析,分析结果显示不同覆冰状态下叶片振型变化无明显差异,覆冰厚度增加,叶片位移响应值明显增大。研究结果可为覆冰条件下风力机运维策略选择及叶片覆冰安全监测提供理论参考。     

基于参数化建模的风力机叶片性能分析

针对现有850kW风力机叶片,分析其材料、结构及铺层状态,对比传统叶片有限元模型,将描述叶片主要结构的弦长、扭角采用分段函数形式表达,采用MATLAB编程并结合ANSYS二次开发建立风力机叶片参数化几何模型.基于动量-叶素理论的BLADED软件计算叶片各截面处的极限载荷,并于叶片分段施加载荷增量.动力学分析得到叶片前三阶挥舞和摆振频率及一阶扭转频率,其与实测固有频率比较,分析并验证叶片于共振区外运行.静力分析得到叶片挥舞位移及关键部位应力分布,通过最大应力准则和蔡-胡(Tsai-Wu)准则对翼面进行强度校核(其他部位同理校核),表明叶片在极限状态下仍能保持安全运行.该研究描绘了叶片主要力学性能,为叶片进一步优化奠定了基础.     

升阻互补型垂直轴风轮的结构动态分析

为了避免风力发电机系统的共振而导致的系统损坏和噪音污染,并提高风力发电机叶片的耐用性与经济性,借助有限元计算方法,通过系统动态特性分析,得到了升阻互补型垂直轴风轮的动态特性及叶片的受力特性.结果显示,横梁是叶片支撑上容易出现危险的区域,其结构强度和抗疲劳度要求较高.在更换6根横梁的材料和尺寸之后,增加了其最大许用应力值,提高了风力发电机的安全系数,避免了风轮叶片支撑在低速旋转时频率游走于风轮第1,2阶固有频率之间的问题.升力型叶片受到近似于正弦函数的交变荷载,叶片表面主要受到拉应力的作用并且容易产生疲劳破坏.叶片在铺层时,增加0°纤维层的厚度可以使叶片抵抗更大的拉应力.     

变风速下风力机叶片载荷特性研究

根据风力机的气动理论,并考虑风切变和风力机结构、几何参数的影响,建立了风力机叶片的气动载荷计算模型。以基本风速、渐变风速、阵风风速和脉动风速4种风速类型建立了变风速模型,并应用于叶片载荷计算模型,实现变风速下的叶片气动载荷的计算。以某MW级风力机为对象,给出了数值计算流程并进行了实例计算,结果显示:风力机叶片的气动载荷主要分布在叶片的中段和叶尖,且载荷大小随风速起伏变化,叶根的气动载荷随风速变化的趋势不明显,风速较大时,叶片上的载荷波动较为显著。结果可为叶片的结构设计和动力学分析提供参考。     

垂直轴风力机叶片与圆柱形塔架相互干涉的数值模拟

为了研究垂直轴风力机叶片与中心圆柱形塔架之间的相互干涉,以Sandia型达里厄风力机为研究对象,建立二维模型。基于Spalart-Allmaras湍流模型,对三叶片Sandia型达里厄风力机在四个不同位置,进行了多组工况的数值模拟。研究分析了叶片与圆形塔架相互干涉的二维物理特征、叶片吸力面负压面积大小的变化、叶片表面所受压力规律性的变化与影响圆柱塔架的升力和阻力系数的原因。研究结果对于揭示垂直轴风力机风轮尾迹的物理机理,优化风力机结构,增加风力机的气动弹性稳定性和减少噪声辐射有重要的理论价值。     

MW级复合材料风电叶片的振动特性与应力分布

针对目前风电叶片有限元模型存在铺层不合理的问题,以某1.5 MW风电叶片为研究对象,利用Solidworks软件生成叶片三维模型;再将其导入大型有限元软件Abaqus中,按照叶片铺层理论进行分区域铺层,生成叶片有限元模型,使其更接近叶片的真实铺层状况;在有限元数值计算中,分析了叶片的振动特性以及在50 m/s的极限风速下的应力分布特征.结果表明,叶片模型在模态、强度、刚度三个方面均满足设计要求,叶片的危险截面位于距叶尖约13处,应力主要分布于叶片展向的13~23处,且主要承载结构为主梁和腹板.     

双叉式叶尖结构对风力机气动噪声的影响

为降低风力机的气动噪声,提出一种用于小型风力机的双叉式叶尖结构改型设计方案,在风洞实验室开展了风力机外特性测试与气动噪声试验.试验结果表明:双叉式叶尖结构在3～9m/s的低风速段和中风速段能提高风力机的输出功率;双叉式叶尖结构可降低风力机风轮旋转基频所对应的最大声压级与叶尖涡脱落频率所对应的声压级.由此可知双叉式叶尖结构能有效降低风力机的气动噪声,其中叶尖夹角为90°的双叉式叶尖结构降噪性能最优.     

浅析风电叶片材料对叶片制造质量的使用风险

根据对构成风电叶片的4大关键材料(纤维、树脂、粘接剂、芯材)的设计参数和材料性能分析结果,进行关键材料在风电叶片制造使用过程中的风险评估,提出了这些材料质量控制的关键点。     

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.     

一种新型结构叶片对风力机气动性能的影响

针对风力机在旋转过程中产生的叶尖涡影响风力机本身以及下游风力机气动性能的问题,提出了一种控制叶尖涡的策略,以减小叶尖涡对风力机本身及下游风力机气动性能的影响.以PhaseⅥ叶片的1/8模型为原始模型,在叶尖处和轮毂处同时开洞,用管道将洞连接的模型称作新模型.采用数值模拟的方法对来流风速从6m/s到20 m/s的15个工...