风轮叶片材料属性对模态性能影响的研究

《风轮叶片材料属性对模态性能影响的研究》由会员上传分享，免费在线阅读，更多相关内容在学术论文-天天文库。

1、分类号:学校代码:10128UDC:学号:20151100135硕士学位论文（类别：全日制学术型硕士研究生学科名称：动力工程及工程热物理题目：风轮叶片材料属性对模态性能影响的研究英文题目：Studyontheinfluenceofthematerialpropertiesofthebladeonthemodalproperties研究生：杜鹏程指导教师：汪建文教授二○一八年六月内蒙古工业大学硕士学位论文摘要风力发电技术正逐步取代原有的能源类型，成为全世界人们关注的新型发电技术。但是由于自然界风速多变，会对风

2、力机产生激振效应，引起风力机产生颤振、共振进而形成疲劳损伤，产生损伤情况的主要原因与设计风力机时选用的翼型以及材料有一定关系。然而对于风力机结构受翼型及叶片材料影响的研究相对较少，所以探究运行过程中风力机叶片翼型及材料对风力机动态结构特征及影响因素对指导风力机安全运行有着积极的意义。本文首先选取NACA4415翼型，环氧玻璃钢材料的叶片，分析密度、弹性模量、泊松比等因素对固有频率的影响。通过对木质和PLA为材质的某S翼型叶片开展模态性能研究，计算分析得到更适用于风力机叶片的材料。同时基于此材料对质量分布不均

3、匀的叶片进行模态性能分析，得出动频曲线图以及应力云图。然后从固有频率、动频特性等方面提出叶片结构的合理化改进方案。本文依靠大量的数值模拟计算经验以及查阅国内外相关文献，证明此分析方法的合理性较高。本文利用模态分析法，通过数值模拟计算对影响风轮叶片模态性能的材料属性因素进行分析。研究结果表明：泊松比对叶片的各阶振动频率的影响相对较小；弹性模量、密度对各阶振型频率的影响较大。然后，通过对比分析某S翼型两种材料的固有频率、动态频率以及额定工况下的应力响应特性，发现PLA材料的更适用于所分析的风力机。进而，对不同质

4、量分布的PLA材料叶片进行模态性能影响分析，结果发现：叶尖质量相对集中的叶片可有效降低风轮各阶固有频率，并且有效改变各阶动态频率，使其较快的摆脱共振区域；中部质量大的叶片其固有频率高于叶尖质量大的叶片；将两段式与三段式叶片的动频曲线对比分析，发现分段数与动频特性并无关联；两段式叶片的固有频率较低、最大响应频率下的应力较小。最后，采用相同材料对NACA4415翼型进行模态分析，对比发现翼型对风轮叶片固有频率的影响并不明显。根据上述研究结论，从固有频率、动频特性等方面对风力机叶片进行改进时，应在保证叶根强度不受

5、影响的条件下，将质量向叶尖方向集中，有利于提高风轮叶片的模态性能。本文采用数值模拟的研究方法，探究了材料属性对风轮叶片模态性能的影响因素。相关研究成果可为材料属性对模态性能的影响提供直接、重要的依据，也为叶片结构设计提供理论参考。关键字：风轮叶片；材料属性；模态性能；结构特性；响应特性I内蒙古工业大学硕士学位论文AbstractWindpowergenerationtechnologyisgraduallyreplacingtheoriginalenergytype,andhasbecomethenewte

6、chnologyofpowergenerationthatpeopleallovertheworldpayattentionto.However,duetothevariablewindspeedinnature,itwillcausetheexcitationeffecttothewindturbine,causingthewindturbinetoproduceflutterandresonancetoformfatiguedamage.Atpresent,theservicelifeofwindtur

7、bineisgenerallylowerthanitsdesignlife.However,theresearchonthedynamicresponseofwindturbineisrelativelylessaffectedbyairfoilandbladematerial.Therefore,itisofgreatsignificancetoexplorethedynamicstructurecharacteristicsandinfluencefactorsofwindturbinebladeair

8、foilandmaterialtothesafeoperationofthewindturbine.Firstly,thebladeofNACA4415airfoilandepoxyFRPmaterialisselectedtoanalyzetheinfluenceofdensity,elasticmodulusandPoisson'sratioonnaturalfrequencies.Themodalperfo