水平轴风力机疲劳特性动力学的分析

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1、华北电力大学(北京)硕士学位论文水平轴风力机疲劳特性动力学分析姓名：姚加桂申请学位级别：硕士专业：动力工程及工程热物理；流体机械及工程指导教师：张晓东201103华北电力大学硕十学位论文摘要叶片是风力发电机组的关键部件之一，在很大程度上决定了风力发电机组的性能和寿命。随着我国风电机组运行时间的增加，在设计初期的一些缺陷也随之暴露出来，很多风机由于振动或疲劳而损坏。本文以水平轴风力机叶片为主要研究对象，想要找出一条适用于分析风力机叶片结构动力学及疲劳寿命的分析方法，为风力机组叶片的设计提供依据。本文首先对疲劳分析的基础理论和风力机叶片的载荷计算进行了简单的介绍，分析了疲劳的类型及寿命的估算方

2、法，并结合风力机的受力情况，确定了风力机叶片疲劳分析的方法。对于风力机耦合系统的动态响应计算，是基于动量一叶素理论和广义坐标系下的拉格朗日方程，利用模态分析法建立了风轮／机舱／塔架耦合系统的运动方程，并使用Fortran语言编制成的仿真程序，分别对风力机叶片的固有特性和风力机耦合系统的动态响应进行了计算分析；对于模态的分析，采用了迭代法取代了文献中的矩阵法，并将两种方法进行了对比分析，发现迭代法可以取得更好的数值计算精度。对于Tjareborg风力机的计算，利用GH开发的Bladed软件进行了分析计算，得到叶片根部的挥舞、摆阵和扭转的弯矩，并根据根部的受力情况计算出根部的等效应力值，最后根

3、据Miner线性累积损伤准则对叶片的疲劳寿命进行了分析。为在实际工程中对叶片的寿命进行估算提供了～个很好的方法。关键词：叶片；动态响应；疲劳寿命；损伤法则华北电力大学硕十学位论文AbstractWindturbinebladeiSoneofthekeycomponentstoalargeextentdeterminethewindturbineperformanceandlife．Withthewindturbinerunningtimeoftheincreaseinthenumberofdefectsearlyinthedesignalsowillbeexposed，alotoffans

4、duetovibrationorfatiguedamage．Inthispaper,thehorizontalaxiswindturbinebladesasthemainobjectofstudy,youwanttofindawindturbinebladeforstructuraldynamicsanalysisandfatigue“feanalysismethodsforwindturbinebladedesignbasis．Firstly,thebasictheoryoffatigueanalysisandloadcalculationofwindturbineblades，made

5、abriefanalysisofthefatiguelifeestimationofthetypeandmethod，andtheforcesofwindmachinestodeterminethewindturbinebladefatigueanalysismethod．Couplingsystemforwindturbinedynamicresponsecalculationisbasedonmomentum—bladeelementtheoryandthegeneralizedcoordinatesLagrangeequation，usingmodalanalysisestablis

6、hedthewindwheel

7、cabinltowercoupledsystemequationofmotion，andcompiledusingtheFortranlanguagesimulationprogram，respectively，theinherentcharacteristicsofwindturbinebladesandwindturbinecouplingsystemtocalculatethedynamicresponseanalysis；formodalanalysis，usingtheiterativemethodtoreplacethematrixmethodi

8、ntheliterature，andthetwomethodswerecomparedandfoundthatiterativemethodcanachievebetternumericalaccuracy．ForthecalculationofwindturbineTjareborgusingGHBladedsoftwaredevelopmentanalysisandcalculationaretherootsofth