大型水平轴风力机气弹阻尼分析

【摘要】大型水平轴风力机的气弹阻尼分析—直是风力机领域的重要研究课题。风力机正朝着更大更柔的方向发展,由于风力机构件的柔性变形与时变气动载荷的耦合作用对风力机运行稳定性产生重要影响,叶片的气弹阻尼是影响风力机运行稳定性的最重要因素之一,因此风力机的气弹阻尼分析受到了国内外研究者们的重视。本文基于现代计算多体动力学建模方法,建立了风力机整机与单叶片的动力学模型,实现了整机与单叶片的脉冲响应分析。结合叶片气动载荷模型,得到了叶片在定风速及紊流风速作用下的气弹耦合响应。通过对时域响应进行离散傅里叶变换,得出脉冲响应与气弹耦合响应的幅频特性,然后基于半功率带宽法得出叶片与塔架的结构阻尼及叶片的气弹阻尼。研究内容与结果具有重要的理论意义和实用价值。以美国可再生能源实验室(NREL)发布的5兆瓦近海水平轴风力机为研究对象,采用能反映弹性变形的“超级单元”将柔性叶片与塔架离散为有限个体。基于计算多体系统动力学理论,采用混合多体系统建模方法得到风力机的多体系统模型,并导出了整机系统与单叶片的动力学方程,实现了整机系统与单叶片的脉冲响应分析,再对时域响应及脉冲载荷进行离散傅里叶变换得到系统的幅频特性,基于半功率带宽法对幅频特性进行分析得出叶片与整机系统的结构阻尼比。再结合气动模块,实现了叶片的气弹耦合仿真,对叶片的时域响应进行傅里叶变换得到系统的幅频特性,再基于半功率带宽法对叶片的幅频特性进行分析得出叶片的气弹阻尼比。采用MATLAB编写了通用的动力学仿真程序,对建立多体系统的动力学方程进行数值求解。算例分别通过本程序和ADAMS/Vibration分析了叶片的固有频率,得出的结果与NREL公布的数据进行了对比,验证了程序的正确性和建模方法的有效性。分析结果表明混合多体模型能用较少的自由度准确地描述柔性体的弹性变形、动力载荷和柔性体位移三者之间的耦合,建模方法适用于风力机整机系统建模,所开发的仿真程序能为风力机气弹耦合及稳定性分析提供实用的分析平台。
【作者】严小辉；
【导师】李德源；
【作者基本信息】广东工业大学，机械工程，2014，硕士
【关键词】风力机；柔性叶片；多体系统；超级单元；气弹阻尼；结构阻尼；

【参考文献】
[1]郭周武.低热固相反应合成纳米颗粒材料[D].广西大学,2005.
[2]刘琴.受众理论视域下大学生思想政治教育注意力资源研究[D].华中师范大学,思想政治教育,2014,硕士.
[3]方莉.中国回族民商事习惯法探析[D].华南理工大学,法律（专业学位）,2013,硕士.
[4]刘勇.中国中铁劳务企业使用管理信息系统的设计与实现[D].山东大学,软件工程（专业学位）,2013,硕士.
[5]郭咏新,张臻,毛剑琴,周克敏.超磁致伸缩作动器的率相关Hammerstein模型与H_∞鲁棒跟踪控制[J].自动化学报,2014,02:197-207.
[6]匡小霞.高频感应加热电源的研究[D].南昌航空大学,控制工程（专业学位）,2013,硕士.
[7]杨馥榕.基于GARCH模型的我国同业拆借利率波动性研究[D].兰州大学,应用统计（专业学位）,2013,硕士.
[8]姚恺.住宅内装工业化中整体厨房及卫生间应用问题的研究[D].燕山大学,设计艺术学,2013,硕士.
[9]朱文.论跨国旅游在中日关系中的作用[D].青岛大学,国际关系,2013,硕士.
[10]李晓萍.小学英语教师课堂教学激励的现状调查及策略研究[D].西安外国语大学,课程与教学论,2014,硕士.
[11]吴钘.武汉市黄陂区居民与旅游者地方感的对比研究[D].华中师范大学,人文地理学,2013,硕士.
[12]曾宪冬.我国金融混业经营新趋势下监管体制调整研究[D].湖南大学,金融学,2003,硕士.
[13]陈鸣宇.医院信息系统在合理用药管理中的应用研究[D].苏州大学,公共卫生（专业学位）,2012,硕士.
[14]杜禧.四丙氟橡胶的性能与用途[J].特种橡胶制品.1990(03)
[15]吕钧.钯催化C-H活化合成吲哚并咔唑衍生物的研究[D].华东师范大学,有机化学,2013,硕士.
[16]马天雨,桂卫华,王雅琳,阳春华.磨矿分级过程动态优化控制[J].控制与决策,2012,02:286-290.
[17]丁恒.天线远场测量系统的研究[D].北京交通大学,2013.
[18]黎惠.大型科学仪器共享监控平台设计[D].电子科技大学,软件工程（专业学位）,2012,硕士.
[19]马竹梧.矩形坯连铸机二冷水自动配水研究与应用课题通过鉴定[J].冶金自动化,1996,02:18.
[20]吴海丰.转移复发胃肠道间质瘤治疗及预后相关因素研究（附142例病例分析）[D].河北医科大学,外科学,2014,硕士.
[21]王蔚.哼唱转MIDI自动记谱系统的研究与实现[D].厦门大学,计算机技术,2014,硕士.
[22]王清.红沿河核电工程施工优化研究[D].河北科技大学,工业工程,2013,硕士.
[23]佘大奴.不断提高渔业生产、经营的组织化程度[J].现代渔业信息.1989(04)
[24]周华青.高校档案馆公共服务问题研究[D].宁波大学,公共事业管理（专业学位）,2013,硕士.
[25]邓方安,刘三阳.模糊概念网络在故障诊断中的应用[J].控制与决策,2001,S1:834-836+839.
[26]王铮.油画作品中的色彩创造[D].河北师范大学,美术,2013,硕士.
[27]赵娜乐.基于物理属性的城市快速路交通流特征参数模型[D].北京交通大学,2010.
[28]王超平.渭北煤田地质构造发育规律研究[D].西安科技大学,地质工程,2014,硕士.
[29]熊红云,鲁五一.电泳柔性生产线基于多重任务队列的实时动态调度[J].冶金自动化,2003,06:30-33.
[30]李海军.320排容积CT一站式三联检查在急性胸痛诊断中的应用[D].泰山医学院,影像医学与核医学,2012,硕士.
[31]记者方彬楠通讯员陈宇.丰台启动石墨烯标准化国际合作[N].北京商报,2015-03-16C02.
[32]陆慧敏.杭州中山中路历史街区建成环境评价[D].浙江大学,建筑与土木工程,2012,硕士.
[33]孙龙彪.电站锅炉燃烧过程的在线监测及优化[D].华北电力大学（北京）,热能工程,2004,硕士.
[34]田杰安.汽车发动机舱热管理的数值模拟研究[D].山东大学,动力机械及工程,2013,硕士.
[35]罗家栋.SnCuNi-xPr无铅钎料组织、性能和焊点可靠性研究[D].南京航空航天大学,材料加工工程,2013,硕士.
[36]杜宏银.一种遥测数据处理系统设计[D].西安电子科技大学,电子与通信工程,2011,硕士.
[37]刘晓丽.苏黎世当代住宅平面布局类型研究[D].中央美术学院,建筑设计及理论,2013,硕士.
[38]叶燕兵.转型企业知识转移技术参考模型研究[D].华侨大学,企业管理,2014,硕士.
[39]章皖秋.城市地物反射波谱分类及其通道窗口研究[D].华东师范大学,2005.
[40]郭宏博.运动干预影响胎鼠前庭器官发育的形态学研究[D].河北师范大学,生理学,2014,硕士.
[41]钟金柱.数据挖掘在商场营销决策支持系统中的应用研究[D].西安理工大学,2004.
[42]赵鑫淼.压力容器用钢氧化物冶金技术研究[D].东北大学,钢铁冶金,2011,硕士.
[43]康健,丁凯.加速功率型电力系统稳定器输入变量的获取[J].电力系统自动化,2008,11:87-88+96.
[44]赵云.新型PDLC器件的研究与制备[D].宁波大学,光学,2013,硕士.
[45]林福鑫.孤立性脊髓动脉瘤病例报道及文献荟萃分析[D].山东大学,临床医学（专业学位）,2013,硕士.
[46]周静华.基于生态文明的山东半岛城市群制造业发展研究[D].山东大学,产业经济学,2013,硕士.
[47]刘慧贤.Ag离子注入SiO_2纳米颗粒的合成及后续重离子辐照改性研究[D].天津大学,凝聚态物理,2013,硕士.
[48]郭昊.基于ASP.NET MVC3和jQuery的网站应用开发[D].华中师范大学,物理电子学,2013,硕士.
[49]廉晨龙.基于DSP的新型交流伺服控制系统研究[D].浙江大学,控制理论与控制工程,2004,硕士.
[50]张帅.基于人因可靠性分析的特殊人群移动终端界面设计研究[D].西安建筑科技大学,设计艺术学,2013,硕士.