风力机叶片多模态耦合振动研究

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1、万方数据国内图书分类号：0317；0322国际图书分类号：534．1西南交通大学博士研究生学位论文风力机叶片多模态耦合振动研究年级2QQ鱼级姓名奎壶申请学位级别熊±专业二筮应堂皇左堂基础指导老师奎哒龌塾援二零一四年五月九日密级：公开万方数据ClassifiedIndex：0317：0322U．D．C：534．1SouthwestJiaotongUniversityDoctorDegreeDissertationRESEARCHONMUIJI．MODECOUPLEDVIBRATIONOFWINDTURBINEBLADESGrade：2009Candidat

2、e：LiLiangAcademicDegreeAppliedfor：Ph．DSpeciality：GeneralandFundamentalMechanicsSupervisor：Prof．LiYing—huiMay9，2014万方数据西南交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件租电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权西南交通大学可以将本论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复印手段保存和汇编本学位论文。本学位论文属于1．保密口

3、，在年解密后适用本授权书：2．不保密彤使用本授权书。(请在以上方框内打tt√’’)学位论文作者签名：槌∑指导老师签名：蝴埤日『期：勘J坼f8日期加c≠．乡．移万方数据西南交通大学博士学位论文创新性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是在导师指导下独立进行研究工作所得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的研究成果。对本文的研究做出贡献的个人和集体，均已在文中作了明确的说明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。本学位论文的主要创新点如下：1．综合考虑叶片几何特征、材料特性、安装方式、气动载荷、重力载荷等因素

4、，使用Hamilton原理建立了叶片拉伸、挥舞、摆振、扭转耦合非线性振动控制方程，为叶片振动理论研究提供了一个合理的模型。2．将基于Green函数的数值差分法引入到叶片振动特性的研究，讨论了各向振动之间的耦合、配重对叶片动态特性的影响。3．受非线性因素影响，共振峰一般不会出现在解谐参数6=0处，本文给出了超谐波共振峰对应的解谐参数随设计参数变化的一个近似估计，利用该估计可以讨论共振响应和稳定性随设计参数的变化，该方法可以推广到其它类型的共振。学位论文作者签名：删日期：幽f作f．g万方数据西南交通大学博士研究生学位论文第l页摘要本文系统研究了风力机叶片多模

5、态耦合振动，重点讨论耦合因素(拉弯耦合、高低阶模态耦合、弯弯耦合)对叶片气弹性稳定性、振动特性、非线性动力学行为和稳定性的影响。第1章介绍了本文的研究背景和意义，从叶片动力学模型、气弹性稳定性、振动特性、非线性动力学行为及稳定性等几个方面综述了国内外的研究现状和存在的问题，简述了本文拟开展的工作。第2章综合考虑几何非线性、截面非对称性、倾斜安装、质量偏心、气动偏心、锥角、截面预扭角、结构阻尼、重力、气动力等因素，使用广义哈密顿原理建立了风力机叶片拉伸．挥舞。摆振．扭转耦合非线性振动控制方程。通过和已有模型对比，验证了该模型的准确性和普遍适用性，最后简单讨

6、论了控制方程的求解方法。第3章研究了叶片在耦合非线性振动下的气弹性稳定性问题，为考虑非线性对气弹性的影响，将位移分解为静态位移和动态位移，藉此把非线性项线性化，然后将气弹性稳定性问题转化为复模态问题，并将假设模态法引入到对复模态问题的求解。分析了控制参数对叶片静态变形的影响、挥舞一摆振间的耦合对气弹性稳定性的影响。研究表明：利用挥舞一摆振间的耦合可以改善出现在摆振方向的气弹性不稳定性，但当桨距角很大时，挥舞一摆振耦合反而会造成气弹性不稳定性。第4章研究了非定常气动力作用下叶片耦合振动的动态特性问题，将基于Green函数的数值差分法引入到对变截面叶片耦合振

7、动模态问题的研究，重点考虑了各向振动间的耦合和配重对固有频率和模态的影响。研究表明：高转速时挥舞．摆振间的耦合对弯曲频率影响显著；由于离心刚化效应，弯曲频率随转速的增加而增高；当配重物放置在叶根附近时，配重对频率和模态的影响非常小，但当配重物放置在叶尖处时，配重会显著改变频率和模态振型；配重不改变离心刚化效应。第5章研究了超谐波共振下叶片拉弯(拉伸．挥舞)耦合非线性动力学行为和稳定性。使用多重尺度法求解叶片振动的稳态响应，由雅可比矩阵判断运动稳定性。受非线性因素影响，超谐波共振的共振峰不一定出现在解谐参数o-=0处，本章给出超谐波共振峰对应的解谐参数随设

8、计参数变化的一个近似估计，进而讨论动态响应和稳定性随设计参数和气动因素的变化，该