側(cè)風(fēng)對(duì)風(fēng)輪應(yīng)力應(yīng)變及振動(dòng)頻率影響的研究.pdf

1、風(fēng)力機(jī)在運(yùn)行過程中不可避免地會(huì)受到側(cè)風(fēng)的作用，即在風(fēng)輪運(yùn)行中伴隨著側(cè)風(fēng)產(chǎn)生的外界激勵(lì)作用，可知側(cè)風(fēng)是風(fēng)力機(jī)發(fā)生振動(dòng)的主要誘因之一。同時(shí)，風(fēng)輪又是風(fēng)力機(jī)的主要?jiǎng)恿Σ考?，故研究風(fēng)輪振動(dòng)參數(shù)隨側(cè)風(fēng)工況變化的響應(yīng)特征是保證風(fēng)力機(jī)安全穩(wěn)定運(yùn)行的基礎(chǔ)，但受限于數(shù)值模擬方面有效解耦方法的發(fā)展滯后和風(fēng)輪動(dòng)態(tài)振動(dòng)特性測(cè)試相關(guān)實(shí)驗(yàn)技術(shù)手段的起步階段，使得該方面研究的機(jī)理仍未得到完整的詮釋，相關(guān)研究方法仍未得到充分的發(fā)展，因此開展側(cè)風(fēng)對(duì)風(fēng)輪振動(dòng)響應(yīng)影響的相關(guān)

2、方面研究具有較好的實(shí)用價(jià)值。由于小型風(fēng)力機(jī)葉片剛度大、變形小，本文只考慮了流場(chǎng)對(duì)結(jié)構(gòu)的作用，故基于單向流固耦合分析方法，在側(cè)風(fēng)工況下針對(duì)某風(fēng)輪直徑為1.4m的小型水平軸風(fēng)力機(jī)開展數(shù)值模擬。首先開展氣動(dòng)載荷計(jì)算，發(fā)現(xiàn)側(cè)風(fēng)工況下處于順流的葉片流線分布受風(fēng)向影響最大，甚至根部出現(xiàn)流線分流現(xiàn)象，同時(shí)揭示了側(cè)風(fēng)氣動(dòng)載荷的不對(duì)稱性。
　　本研究在氣動(dòng)載荷施加在風(fēng)輪表面的基礎(chǔ)上，針對(duì)最大應(yīng)力/應(yīng)變、平均應(yīng)力/應(yīng)變兩類變量，開展側(cè)風(fēng)工況下風(fēng)輪應(yīng)力

3、應(yīng)變特性的分析。研究發(fā)現(xiàn)：風(fēng)輪最大應(yīng)力、應(yīng)變均出現(xiàn)在一階對(duì)稱振型處；隨側(cè)風(fēng)角的增加，側(cè)風(fēng)角小于5°時(shí)，風(fēng)輪最大應(yīng)力、應(yīng)變值逐漸降低，而側(cè)風(fēng)角在15°或20°時(shí)，其達(dá)到峰值，此時(shí)的激振力達(dá)到極值，故該側(cè)風(fēng)角被稱為“最惡劣側(cè)風(fēng)角”，同時(shí)，隨著風(fēng)輪轉(zhuǎn)速的增加，該峰值越發(fā)顯著；其次發(fā)現(xiàn)側(cè)風(fēng)工況下最大應(yīng)力、應(yīng)變存在遷移特性：當(dāng)側(cè)風(fēng)角小于5°時(shí)，風(fēng)輪最大應(yīng)力、應(yīng)變均出現(xiàn)在1號(hào)葉片的根部，而當(dāng)側(cè)風(fēng)角大于15°時(shí)，其遷移到2號(hào)葉片的中間偏葉尖部位，最惡

4、劣側(cè)風(fēng)角的前一個(gè)側(cè)風(fēng)工況(側(cè)風(fēng)角10°或者15°)為臨界遷移角。最后發(fā)現(xiàn)風(fēng)輪的平均應(yīng)力、應(yīng)變值隨側(cè)風(fēng)角增加逐漸降低。為避免風(fēng)輪發(fā)生共振，基于上述的穩(wěn)態(tài)結(jié)構(gòu)計(jì)算實(shí)現(xiàn)側(cè)風(fēng)工況下的模態(tài)分析。研究發(fā)現(xiàn)隨著側(cè)風(fēng)角的增加，風(fēng)輪圓盤效應(yīng)振動(dòng)頻率下降速度加快，一、二階反對(duì)稱振型的振動(dòng)頻率變化幅度極小，一、二階對(duì)稱振型振動(dòng)頻率均勻下降；風(fēng)輪各振型動(dòng)頻降隨側(cè)風(fēng)角度變化的敏感性不同：圓盤效應(yīng)>一、二階對(duì)稱>一、二階反對(duì)稱。當(dāng)風(fēng)輪換用較小密度及彈性模量的材質(zhì)時(shí)