基于多體模型的水平軸風力機固有特性分析.pdf

1、現(xiàn)代大型風力機具有葉片、主軸和塔架等部件柔性較大的特性，引起系統(tǒng)的動力學特性及其分析方法不同于傳統(tǒng)的相對剛性的風力機系統(tǒng)。本文研究針對大型風力機在風輪靜止和變速轉(zhuǎn)動下的振動模態(tài)及其變化特點，研究彈性變形、慣性和陀螺效應(yīng)引起的系統(tǒng)各階模態(tài)變化及其對系統(tǒng)氣彈穩(wěn)定性的影響。研究對于大型風力機系統(tǒng)的設(shè)計和保證安全穩(wěn)定運行具有較重要的理論和工程應(yīng)用價值。
　　基于美國可再生能源實驗室(NREL)的5兆瓦水平軸風力機作為分析模型，采用超級單元

2、模型將柔性構(gòu)件離散為帶有力元彈簧和阻尼器的旋轉(zhuǎn)鉸連接特定個數(shù)的剛體。通過對線性特征值分析方法的研究，結(jié)合動力學分析軟件ADAMS，建立了整機系統(tǒng)的多體系統(tǒng)模型，對靜止狀態(tài)下整機系統(tǒng)的線性特征值問題進行了分析，得到了該狀態(tài)下系統(tǒng)的前10階固有頻率和振型，研究了各部件相對運動對振動形態(tài)的耦合影響;然后，考慮柔性構(gòu)件較大的彈性變形所帶來的非線性特性和風輪轉(zhuǎn)動所帶來的系統(tǒng)時變特性，應(yīng)用剛性積分方法對系統(tǒng)的非線性控制方程進行數(shù)值求解，通過頻域分析

3、方法，實現(xiàn)了風輪旋轉(zhuǎn)條件下系統(tǒng)運轉(zhuǎn)模態(tài)識別，對系統(tǒng)前十階模態(tài)的變化及其影響因素進行了詳細的討論和分析。
　　此外，根據(jù)風力機的結(jié)構(gòu)特點，構(gòu)建了整機系統(tǒng)的樹結(jié)構(gòu)拓撲構(gòu)型，基于多體系統(tǒng)動力學理論，建立了系統(tǒng)的非線性動力學方程，研究了其數(shù)值求解方法，采用Matlab軟件編寫了動力學仿真計算程序。通過對脈沖激勵的時域響應(yīng)和頻域響應(yīng)進行分析，研究了風輪轉(zhuǎn)動對其固有特性的影響，表明:風輪旋轉(zhuǎn)時，出現(xiàn)葉片揮舞或擺振模態(tài)與風輪向前回旋和向后回旋模