风力机旋转叶片的多体动力学数值分析.pdf

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第 26 卷第 4 期太阳能学报 Vol 26 , No 4
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2(刃5 年 8 月 A C r A E N E R G IA E SO L AR IS SI N ICA Aug 2仪) 5
文章编号: O乃今侧姻场(刀犯5 ) .玲仆灯斗伪
风力机旋转叶片的多体动力学数值分析
李德源, 叶枝全, 陈严
(汕头大学能源所, 汕头 51 5 肠3)
摘要: 在现代柔性多体系统动力学理论的框架上, 研究了风力机叶片的空间旋转运动与其弹性变形间的藕合
, ,
关系; 对旋转叶片进行有限元离散采用凯恩( K出 l e ) 方法建立了一般形式的大型风力机叶片柔性多体动力
.
学方程; 结合大型叶片几何构形特点, 导出了旋转叶片的空间梁单元动力矩阵的显式形式; 以 1 SMW 风力机叶
片为例, 计算了该叶片的固有频率并与常规有限元数值分析结果进行了比较, 体现了旋转叶片的动力刚化效应,
更准确地反映了叶片的动力学特性。
关键词: 旋转叶片; 多体动力学; K a l le 方程; 固有频率; 动力刚化
中图分类号: T K 83 文献标识码: A
一。
应等〔‘‘〕本文在现代计算柔性多体系统动力学理
0
引言,
论的框架上考虑风力机叶片的空间旋转运动与其
,
随着风力机功率的越来越大为了风中吸取更, a xl e ,
从弹性变形间的藕合关系应用凯恩( K ) 方法对旋
, ,
多的能量叶片必须设计成足够长的尺寸这使其柔转叶片进行有限元离散, 用有限单元节点位移表示
, ,
的,
性进一步增加对其运行精度控制要求越来越高叶片上任一点的弹性变形建立了大型风力机叶片
。
了。,
需要准确地解叶片工作过程中的动力学响应风柔性多体动力学方程为了方便工程实际应用结
, ,
心,
力机工作时叶片绕中轴转动叶片的变形使其绕合大型叶片展弦比较大可以简化为空间梁元的特
,
转轴的转动惯量及质量分布等发生改变从而影响叶点, 导出了旋转叶片空间梁单元矩阵的显式形式, 以
, ,
. , ,
片的转动形态而叶片转动形态的改变必然使叶片 1 SM W 风力机叶片为例计算了其固有频率从中
,
的弹性变形发生改变叶片的转动与柔性叶片弹性变可以看出多体动力学理论较常规动力学理论更能准
, ,
。
形是相互藕合的可见旋转叶片的动力学分析不同确反映旋转叶片的动力特性
于传统的不考虑结构的刚体位移的结构动力学分析,
1 限
它需要考虑叶片的转动与其弹性变形间的相互祸合旋转叶片的有元动力学方程
,
,
关系及其所导致的动力学效应该问题属于现代柔性为了分析叶片的运动引人如图 1 所示的坐标
。,
多体动力学的分析范畴近年来该理论在风力机领, , 。‘
系 o xyz 为固定坐标系 x’y’z’为固定在旋转叶片
,
域日益受到重视已被越来越多的研究者引人风力机上一点的动坐标系, 图中画出了绕定轴: 旋转的风
一 5 。
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结构动力学分析中力机叶片的一部分设「A 〕为动系相对于固定坐标
研究物体变形与其刚性运动的相互作用或祸系的方向余弦矩阵