| 题名 | 大型风力机智能叶片抑颤研究 |
| 作者 | 吴卓琦 |
| 答辩日期 | 2018 |
| 导师 | 杨瑞 |
| 关键词 | 风力机叶片 结构设计 压电材料 数值模拟 抑颤 |
| 学位名称 | 硕士 |
| 英文摘要 | 叶片是风力机关键部件之一,现今风力机发展趋向于建造大型风力发电机组,因大型机组的风轮扫略面积大,能为风力机捕获得更多风能。逐渐增大的风轮使得叶片越加细长,在风轮旋转运动时,承受复杂空气载荷的叶片将伴随着大量气动弹性问题。风载荷与叶片形变耦合产生不稳定自激振动,这种耦合作用逐渐加强而引起的气动弹性不稳定问题称之为颤振。以8MW风力机叶片为研究对象,通过对叶片进行气弹稳定性分析,得出大型风力机叶片可以通过增加叶片刚度和阻尼达到抑制颤振的效果。以在叶片玻璃纤维复合材料铺层下埋入压电纤维的方法设计大型智能叶片。对智能叶片的压电纤维层施加电载荷,压电材料产生逆压电效应使得叶片刚度和阻尼在一定范围内可控。最后,通过建立智能叶片结构模型并对模型进行模拟计算,对比分析计算结果,验证智能叶片抑颤可行性具体内容如下:本文对8MW风力机气动外形进行设计,利用Solidworks软件建立叶片及风场流域模型。通过ANSYS软件Fluent模块进行流场运算,求得的多个风速作用下的叶片表面压力,将其作为静态和瞬态结构分析的预载荷。根据设计的叶片气动外形建立结构模型,运用Solidworks软件构建包括叶片腹板、梁帽及前、后缘等结构部分的叶片模型。将模型导入ANSYS软件的Mechanical APDL模块中,对结构模型进行单元定义、材料选用及铺层设计,最后建立叶片有限元结构模型。根据有限元模型模态分析得到叶片前八阶模态及其固有振型,将叶片的受激特性及振动特性作为压电动作层的电载荷施加方案依据。对叶片结构模型导入预载荷后进行静态结构计算,对比电载荷施加前、后各个自由度的位移及叶片应力分布状况,分析叶片刚度、应力变化。对叶片施加阵风载荷以及周期性电载荷进行动态结构计算,对比叶片各个自由度的位移值、扭转角度峰值及振动衰减状况,分析逆压电效应对叶片阻尼的影响。文章创新点包括:设计了压电铺层的8MW大型风力机智能叶片;结构分析施加预载荷由数值模拟流场计算得出;结构模型采用压电耦合的方法进行稳态分析和瞬态分析。经研究表明,在大型风力机叶片的复合材料铺层下埋入压电纤维层的方法设计的智能叶片,可以通过对压电层施加电载荷的手段控制叶片自身的刚度和阻尼,达到了有效抑制叶片颤振的效果。 |
| 语种 | 中文 |
| 页码 | 83 |
| URL标识 | 查看原文 |
| 内容类型 | 学位论文 |
| 源URL | [http://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/93708]  |
| 专题 | 兰州理工大学 |
| 作者单位 | 兰州理工大学 |
| 推荐引用方式 GB/T 7714 | 吴卓琦. 大型风力机智能叶片抑颤研究[D]. 2018. |
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