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题名考虑轮毂运动的大型风力机叶片非线性振动分析
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作者
回忆
王琳凯
蒋博闻
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机构
重庆大学土木工程学院
东方电气集团东方电机有限公司研发中心
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出处
《空气动力学学报》
北大核心
2025年第4期103-117,I0002,共16页
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基金
国家重点研发计划(2023YFC3805201)。
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文摘
随着风力机尺寸不断增大,其叶片长度增加,同时刚性降低,导致其变得愈发柔软,这种“长柔”特性使得叶片大幅振动问题愈发突出。非线性振动分析是准确评估叶片响应的关键,使用精确的动力学模型准确分析叶片的动力学行为尤为重要。基于Euler-Bernoulli梁连续体建模方法,以NREL 5 MW风力机叶片为研究对象,同时考虑挥舞和摆振两个方向的自由度建立了叶片的非线性动力学模型。为了更加准确地模拟叶片响应,在建模过程中考虑了两个正交方向的轮毂运动以及由此引起的惯性激励和相关的气动载荷,重点分析了轮毂运动幅值和偏航角对叶片动力学行为的影响。结果表明:旋转叶片在相同的激励幅值下,第2阶模态的峰值远高于第1、3阶模态的峰值,且带宽明显更窄;叶片的第1、2、3阶模态之间因自振频率的倍数关系会发生模态间的内共振,且模态间存在能量传递;运行状态下,叶片第1阶模态响应的振幅对偏航角最为敏感,会随着偏航角的增大而显著增大,而第2阶和第3阶模态响应的振幅则几乎不受偏航角的影响。本文通过揭示旋转叶片非线性振动与内共振特性,为大型风力机叶片的抑振设计及运行参数优化提供了关键理论依据,对提升结构安全性与经济性具有重要参考价值。
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关键词
风力机
旋转叶片
连续体法
非线性
内共振
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Keywords
wind turbine
rotating blades
continuum method
nonlinear
internal resonance
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分类号
TK83
[动力工程及工程热物理—流体机械及工程]
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