基于流固耦合风电机组预应力模态分析

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1、·电气与自动化·张文文，等·基于流固耦合的风电机组预应力模态分析基于流固耦合的风电机组预应力模态分析张文文，薛惠芳(南京工业大学。江苏南京211800)摘要：以某大型风力发电机组为例，考虑了叶片旋转气动力和风机流固耦合效应，利用ANSYSWorkbench有限元分析软件对风力发电机组进行预应力模态分析。对风力发电机组外围流场进行CFD分析，获得叶片旋转气动力和机身流固耦合作用下的压力值，以压力值作为输入栽荷进行静力分析，进而转换为预应力条件下的模态分析。结果表明在风机叶轮旋转气动力和机身流固耦合作用下，风电机组的模态有较为显著的改

2、变。关键词：风力发电机组；流固耦合；预应力；模态分析中图分类号：，I'l(83文献标志码：A文章编号：1671-5276(2014)03．0183-03Pre-stressModalAnalysisofWindTurbinesUnderFluid．structureInteractionZHANGWen-wen，XUEHui-fang(Nanjinguniversityoftechnology，Nanjing211800，China)Abstract：Takingapleavywinddrivengeneratorasanexam

3、pleandconsideringtherotationofbladeloadandfluid—structureCOU-piingefect，thispaperusesthefiniteelementsoftwareANSYSWorkbenchtoconductpre—stressmodalanalysisofthewinddnvengenerators．Firstlythepressureofflowfieldisobtainedundertheefectofbladewheelloadandfluid·structureco

4、uplingandbyCFDanalysisforitsoutflowfield，thenthestaticstructuralanalysisisconductedandthedataistransteredtothemodalanalysisunderthepre-stress．Theresultsindicatebothmodalfrequencyandmodeofvibrationarechangedundertheconditionfluid-structurecouplingapparently．Keywords：wi

5、nddrivengenerators；fluid-structure；pre-stress；modalanalysis有频率，尤其是对于那些在某一个或两个尺度上很薄的结0引言构，因此在某些情况下执行模态分析是可能需要考虑预应力的影响。风能作为绿色环保能源，是一种普遍的、可再生的洁进行预应力模态分析时首先需要进行静力结构分析，净能源。在能源危机日益沉重的今天已越来越受到人们计算公式为：的重视。风力发电机通过风轮桨叶汲取风能，转化为电[]{}={F}能，在此过程中风力发电机组受到多种载荷的共同作用。得出的应力刚度矩阵用于计算结构分析(

6、[。]一随着我国风力发电的广泛使用，风力发电机朝着大型化方[S])，这样原来的模态分析方程即可修改为：向发展，为了更好地发展我国的风力发电行业，风力机组([5卜∞[M])X{}=0的设计问题日益突出。大型水平轴风力发电机组顶端都上式即为存在预应力的模态分析公式。执行预应力安装有较大质量的机舱和风轮，在运行过程中因其顶端位模态分析(即带有预应力的自由振动分析)过程与进行标移(扰度)过大，容易引起机组强烈共振J。在以往的风准的自由振动分析过程是基本相同的，但要注意必须通过机模态分析时，往往只考虑静态条件下的模态，但是在真施加载荷(结构

7、或热载荷)的方式来确定结构的最初应力实状况下叶轮是运动的，离心力和气动载荷的影响会使叶状态J。轮产生拉伸变形，并且在自然风的作用下，风速、风向和风压会对风机产生动载荷，这些载荷是动态随机的，因此模2风电机组模型及计算参数态有可能与静止状况有很大不同。所以需要考虑风机流固耦合作用对塔架的模态分析影响，从而判断风机固2．1计算模型有频率是否会与叶轮旋转频率重合，或者是否避开了叶轮旋转激励频率的一定范围。基于以上预应力模态分析原理，采用ANSYSWorkbench针对某大型风力发电机组进行模态分析。在1预应力模态分析理论基础对风电机组进

8、行预应力模态的有限元分析前，对其进行了一些简化处理，风机几何模型简化的原则是在保证计算精承受不变载荷产生应力作用下的结构可能会影响固度的前提下，对一些与所研究风机强度、自振特性、稳定性作者简介：张文文(1987一)，女，江苏南通人，硕士研究生，研究