基于巩固化阻尼层结构的风力机叶片抑颤特性分析

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1、振动与冲击第３２卷第１９期ＪＯＵＲＮＡＬＯＦＶＩＢＲＡＴＩＯＮＡＮＤＳＨＯＣＫＶｏｌ．３２Ｎｏ．１９２０１３基于共固化阻尼层结构的风力机叶片抑颤分析１１１，２１１孙大刚，李占龙，韩斌慧，章新，王军（１．太原科技大学机械工程学院，太原０３００２４；２．中国煤炭科工集团太原研究院，太原０３０００６）摘要：针对大型风力机叶片颤振的现状，提出阻尼叶片的概念，并基于能量法推导出阻尼叶片的结构损耗因子。以某２５００ｋＷ风力机为工程应用实例，基于ＯＮＥＲＡ

2、非线性气动模型对普通叶片和阻尼叶片分别在启动风速、额定风速、安全风速和极限风速下进行数值仿真对比。结果显示，４种风速下阻尼叶片的结构损耗因子分别为０．６１７、０．５７９、０．５２３和０．４３９，阻尼叶片较普通叶片抑颤效果明显提高。研究结果可为大型风力机叶片抑颤设计提供参考。关键词：风力机；共固化；阻尼叶片；抑颤中图分类号：ＴＫ８３文献标识码：ＡＦｌｕｔｔｅｒｓｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇａｎａｌｙｓｉｓｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｂｌａｄｅｓｂａｓｅｄｏｎｃｏｃｕｒｉｎｇｄａｍｐｉｎｇｌａｙｅｒｓｔｒｕｃｔｕｒｅ１１１，２１１ＳＵＮＤａｇａｎｇ

3、，ＬＩＺｈａｎｌｏｎｇ，ＨＡＮＢｉｎｈｕｉ，ＺＨＡＮＧＸｉｎ，ＷＡＮＧＪｕｎ（１．ＳｃｈｏｏｌｏｆＭｅｃｈａｎｉｃａｌＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇ，ＴａｉｙｕａｎＵｎｉｖｅｒｓｉｔｙｏｆＳｃｉｅｎｃｅａｎｄＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙ，Ｔａｉｙｕａｎ０３００２４，Ｃｈｉｎａ；２．ＴａｉｙｕａｎＩｎｓｔｉｔｕｔｅ，ＣｈｉｎａＣｏａｌＴｅｃｈｎｏｌｏｇｙａｎｄＥｎｇｉｎｅｅｒｉｎｇＧｒｏｕｐＣｏｒｐ，Ｔａｉｙｕａｎ０３０００６，Ｃｈｉｎａ）Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｔｏｉｍｐｒｏｖｅｌａｒｇｅｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｂｌａｄｅｓｆｌｕｔｔｅｒｓｕｐｐｒｅｓｓｉ

4、ｎｇｃａｐａｃｉｔｙ，ａｄａｍｐｅｄｂｌａｄｅｃｏｎｃｅｐｔｗａｓｐｒｏｐｏｓｅｄ．Ｂｌａｄｅｓｗｅｒｅｃｏｖｅｒｅｄｕｓｉｎｇｌａｍｉｎａｔｅｄｃｏｍｐｏｓｉｔｅｓｗｉｔｈａｎｅｍｂｅｄｄｅｄｖｉｓｃｏｅｌａｓｔｉｃｌａｙｅｒ．Ｔｈｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｌｏｓｓｆａｃｔｏｒｏｆｄａｍｐｅｄｂｌａｄｅｓｗａｓｄｅｒｉｖｅｄｂａｓｅｄｏｎｔｈｅｅｎｅｒｇｙｍｅｔｈｏｄ．Ａ２５００ｋＷｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｗａｓｔａｋｅｎａｓａｎｅｘａｍｐｌｅ，ｂａｓｅｄｏｎＯＮＥＲＡｎｏｎｌｉｎｅａｒａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｔｈｅｏｒｙ，ｔｈｅｄｙｎａｍｉｃｒ

5、ｅｓｐｏｎｓｅｓｏｆｏｒｄｉｎａｒｙａｎｄｄａｍｐｅｄｂｌａｄｅｓｕｎｄｅｒｆｏｕｒｃｏｎｄｉｔｉｏｎｓｉｎｃｌｕｄｉｎｇｓｔａｒｔｉｎｇｗｉｎｄｓｐｅｅｄ，ｎｏｒｍａｌｗｉｎｄｓｐｅｅｄ，ｓａｆｅｗｉｎｄｓｐｅｅｄａｎｄｌｉｍｉｔｗｉｎｄｓｐｅｅｄｗｅｒｅｓｉｍｕｌａｔｅｄｎｕｍｅｒｉｃａｌｌｙａｎｄｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｗｅｒｅｃｏｍｐａｒｅｄｅａｃｈｏｔｈｅｒ．Ｔｈｅｒｅｓｕｌｔｓｓｈｏｗｅｄｔｈａｔｔｈｅｆｌｕｔｔｅｒｓｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇａｂｉｌｉｔｙｏｆｄａｍｐｅｄｂｌａｄｅｓｉｓｏｂｖｉｏｕｓｌｙｈｉｇｈｅｒｔｈａｎｔｈａｔｏ

6、ｆｏｒｄｉｎａｒｙｏｎｅｓ．Ｋｅｙｗｏｒｄｓ：ｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅ；ｃｏｃｕｒｉｎｇ；ｄａｍｐｅｄｂｌａｄｅｓ；ｆｌｕｔｔｅｒｓｕｐｐｒｅｓｓｉｎｇ风能是一种环境友好型的新能源，蕴藏量巨大，且制，以降低因动态不平衡而产生的激振力，然而却存在分布广泛，因此科学有效地利用风能对于发展新能源、着调谐阻尼器自适应性较差的不足；Ｔｈｏｍａｓ等设计出［１］实现低碳可持续发展具有重要的意义。近年来随着一种可变后缘的智能叶片结构，但由于受叶片后缘曲［４－６］风电相关技术的发展，ＭＷ级风力机成为风力机发展面变化率的限制，其抑颤效果亦受到较大影响。［２］

7、的主流，风力机叶片向着大型化、细长化发展。细长国内相关研究多集中在叶片气动弹性稳定性领域。叶片在气动力、弹性力和惯性力的作用下发生颤振。如，张春丽等采用细观力学非线性本构理论桥联模型，叶片的颤振不仅影响风轮的功率输出，更重要的是叶对风机叶片结构做了有限元极限强度分析，并进行了片颤振的交变应力会使叶片产生疲劳裂纹甚至断叶片的优化设计；任勇生等基于Ｈａｍｉｌｔｏｎ原理和变分［３］裂。由此可见，叶片的抑颤技术是大型风力机设计渐进法建立了风力机叶片气动弹性模型，并对复合材亟待解决的问题之一。料柔性叶片的颤振特性进行了分析；李德源等研究了目前国外对该

8、领域的主要研究有，Ｄｏｓｓｉｎｇ提出使风力机旋转叶片振动模态的计算分析方法，并探讨了用调谐减振器降低叶片振动，但实施起来有较大的难影响其固有频率计算结果的因素；金琰等研究了叶片度