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《风力机柔性叶片的混合多体模型研究》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、第卷第期太阳能学报,年月口】叼心,文章编号龙漆侧招场胳一盯风力机柔性叶片的混合多体模型研究周传捷',李德源,赵世林`广东工业大学建设学院,广州《侧拓广东工业大学机电学院,广州汉巧摘要研究运用混合多体动力学方法建立风力机柔性叶片的动力学模型。应用超级单元此的建模方法,将柔性叶片离散为由带有力元弹簧和阻尼器的万向节连接的有限个刚体基于多刚体动力学中的祀方法,通过约旦变分原理,导出了叶片多体系统的动力学代数一微分方程运用的求解器求解微分方程。计算了一个风力机叶片的动力特性,研究了超级单元的数量对计算结果的影响,将
2、算例结果与有限元分析结果进行了比较。算例分析表明,混合多体动力学建模方法能较好地分析和描述柔性叶片弹性变形对其运动特性的影响,为风力机气动弹性稳定性分析和控制系统设计提供了实用的分析方法。关键词风力机柔性叶片超级单元多刚体系统模态分析库中图分类号文献标识码因而在风力机整机的动态分析和系统控制设计中应引言用并不方便。而多体系统方法是将实际的机械系统大型风力机柔性叶片在其绕风轮轴线转动过程离散为有限数量的刚体,导出相应的微分方程,对于中的弹性变形与旋转运动间的相互影响和藕合,对叶片这种具有空间运动和弹性变形的构
3、件,本文采其气弹稳定性与控制系统设计显得尤为重要,而研用混合多体系统建模方法,〕。该方法将一个柔性究物体变形与其刚体运动的相互作用或祸合以及这叶片划分为数量的几个超级单元,每个单元仅有种藕合所导致的动力学效应,正是多体系统动力学个刚体通过弹簧和阻尼器连接,通过多体动力学中的核心特征。近年来,该理论在风力机领域日益受的一方法建立刚体系统的动力学微分方程,该方到重视,已被越来越多的研究者引人风力机结构动法能较好地实现动力学方程推导的程式化,方便计力学分析中仁,一。算机程序实现,微分方程借助于的求CAMEO凯模C
4、AE案例早期的风力机设计主要基于准稳态的气动计算解器进行求解,文中通过对风力机叶片的固而较少进行结构动力学方面的考虑www.cameo.org.cn,或者仅仅在气有频率和振型的计算,考察了超级单元数量对计算动计算的基础上引人安全系数进行估算风,〕。随着结果的影响。表明仅需为数不多的几个单元,就能风力机向更大、更柔和结构更优的方向发展,在载荷准确地模拟叶片的动力特性,满足工程实践分析计分析中精确地模拟机组的结构柔性以更好地揭示系算的需要。同时,为整个风力机系统动力学建模,气统的动态行为显得越来越重要。目前常用
5、的风力动弹性稳定性分析和控制系统设计提供了实用的分机结构动力学分析方法有多体系统方法析方法。、有限元方法几叶片动力学微分方程的建立、连续系统和混合多体系统方法朋五耐俪,等,〕。本文将多体系统动力学中的一方法队刚应用对于风力机来说,力学建模方法所建立的偏微于叶片动力学方程的建立中。该方法在多刚体系统分方程组仅在特殊的、简单的几何结构中才可能求动力学的研究中引入了数学中图论的解有限元方法具有较多的自由度,计算成本较高,有关概念,将叶片具体离散后的动力系统结构,用数收稿日期一刀基金项目国家自然科学基金肠以刀广州市
6、科技计划项目田以通讯作者周传捷一,男,硕士研究生,主要从事风力机械方面的研究。1012报卷学语言进行了成功的描述,给出的叶片系统动力学将这个动坐标系先绕,的转角为,,再绕几的转角为。这两个转角构成该铰的广义坐标阵,一般公式的矩阵形式具有程式化的特点,有利于计算机程序实现。即将叶片系统离散为若干个超级单元,如图中二,丁虚线所示,每个单元由个刚体通过万向节连接,可根据定义,两单位矢量相对于转动前的原坐标以描述叶片的挥舞和摆振以及变桨距等运动。用阵分别为一方法,将叶片系统看作是由若干刚体和铰的树二丁,夕二,丁形结
7、构组成,使用通路矩阵表示,其元素的行号其中、二、叮`,`二叮`二,。根据速度对应铰号,列号对应物体号。通路矩阵的第行第叠加原理相对角速度与相对角加速度矢量在原坐标列的元素定义为阵分别为当乓在。至乓的路上,且指向。二殉耳二一当鱿在。至尽的路上,且背向功二殉户`夕夕当鱿不在。至尽的路上其中其中,万—铰的编号。列出通路矩阵了`、几︸从一一一一由于坐标系转动前后的基点与始终重合,故基点的相对位移、相对速度与相对加速度为零。在地面建立惯性坐标系,取万向节的转动角度为广义坐标,从叶片拓扑树系统可知,叶片离散系统的广义坐
8、标阵为、二。,、。。、,,,其中、`。`,、`图三单元离散后的叶片万向节的铰约束阵CAMEO凯模CAE案例库场山此从万从万向节是一种有两个相对转动自由度的铰。将其中万向节的十字轴节点取作铰的基点坐标原点www.cameo.org.cn,基万`夕`,夕二点与重合。十字轴的两轴的单位矢量分别记为定义矩阵,与。过铰点作动坐标系兰固结于十字轴,令一·悦二,羞二。叹砚位,口左、、及,,几丹凡今、,﹄卫月月一一内`气`,`犯
