基于流固耦合風(fēng)電機(jī)組預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析

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1、·電氣與自動化·張文文，等·基于流固耦合的風(fēng)電機(jī)組預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析基于流固耦合的風(fēng)電機(jī)組預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析張文文，薛惠芳(南京工業(yè)大學(xué)。江蘇南京211800)摘要：以某大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組為例，考慮了葉片旋轉(zhuǎn)氣動力和風(fēng)機(jī)流固耦合效應(yīng)，利用ANSYSWorkbench有限元分析軟件對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析。對風(fēng)力發(fā)電機(jī)組外圍流場進(jìn)行CFD分析，獲得葉片旋轉(zhuǎn)氣動力和機(jī)身流固耦合作用下的壓力值，以壓力值作為輸入栽荷進(jìn)行靜力分析，進(jìn)而轉(zhuǎn)換為預(yù)應(yīng)力條件下的模態(tài)分析。結(jié)果表明在風(fēng)機(jī)葉輪旋轉(zhuǎn)氣動力和機(jī)身流固耦合作用下，風(fēng)電機(jī)組的模態(tài)有較為顯著的改

2、變。關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；流固耦合；預(yù)應(yīng)力；模態(tài)分析中圖分類號：，I'l(83文獻(xiàn)標(biāo)志碼：A文章編號：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有頻率，尤其是對于那些在某一個或兩個尺度上很薄的結(jié)0引言構(gòu)，因此在某些情況下執(zhí)行模態(tài)分析是可能需要考慮預(yù)應(yīng)力的影響。風(fēng)能作為綠色環(huán)保能源，是一種普遍的、可再生的潔進(jìn)行預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析時首先需要進(jìn)行靜力結(jié)構(gòu)分析，凈能源。在能源危機(jī)日益沉重的今天已越來越受到人們計算公式為：的重視。風(fēng)力發(fā)電機(jī)通過風(fēng)輪槳葉汲取風(fēng)能，轉(zhuǎn)化為電[]{}={F}能，在此過程中風(fēng)力發(fā)電機(jī)組受到多種載荷的共同作用。得出的應(yīng)力剛度矩陣用于計算結(jié)構(gòu)分析(

6、[。]一隨著我國風(fēng)力發(fā)電的廣泛使用，風(fēng)力發(fā)電機(jī)朝著大型化方[S])，這樣原來的模態(tài)分析方程即可修改為：向發(fā)展，為了更好地發(fā)展我國的風(fēng)力發(fā)電行業(yè)，風(fēng)力機(jī)組([5卜∞[M])X{}=0的設(shè)計問題日益突出。大型水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)組頂端都上式即為存在預(yù)應(yīng)力的模態(tài)分析公式。執(zhí)行預(yù)應(yīng)力安裝有較大質(zhì)量的機(jī)艙和風(fēng)輪，在運行過程中因其頂端位模態(tài)分析(即帶有預(yù)應(yīng)力的自由振動分析)過程與進(jìn)行標(biāo)移(擾度)過大，容易引起機(jī)組強(qiáng)烈共振J。在以往的風(fēng)準(zhǔn)的自由振動分析過程是基本相同的，但要注意必須通過機(jī)模態(tài)分析時，往往只考慮靜態(tài)條件下的模態(tài)，但是在真施加載荷(結(jié)構(gòu)

7、或熱載荷)的方式來確定結(jié)構(gòu)的最初應(yīng)力實狀況下葉輪是運動的，離心力和氣動載荷的影響會使葉狀態(tài)J。輪產(chǎn)生拉伸變形，并且在自然風(fēng)的作用下，風(fēng)速、風(fēng)向和風(fēng)壓會對風(fēng)機(jī)產(chǎn)生動載荷，這些載荷是動態(tài)隨機(jī)的，因此模2風(fēng)電機(jī)組模型及計算參數(shù)態(tài)有可能與靜止?fàn)顩r有很大不同。所以需要考慮風(fēng)機(jī)流固耦合作用對塔架的模態(tài)分析影響，從而判斷風(fēng)機(jī)固2．1計算模型有頻率是否會與葉輪旋轉(zhuǎn)頻率重合，或者是否避開了葉輪旋轉(zhuǎn)激勵頻率的一定范圍。基于以上預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析原理，采用ANSYSWorkbench針對某大型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組進(jìn)行模態(tài)分析。在1預(yù)應(yīng)力模態(tài)分析理論基礎(chǔ)對風(fēng)電機(jī)組進(jìn)

8、行預(yù)應(yīng)力模態(tài)的有限元分析前，對其進(jìn)行了一些簡化處理，風(fēng)機(jī)幾何模型簡化的原則是在保證計算精承受不變載荷產(chǎn)生應(yīng)力作用下的結(jié)構(gòu)可能會影響固度的前提下，對一些與所研究風(fēng)機(jī)強(qiáng)度、自振特性、穩(wěn)定性作者簡介：張文文(1987一)，女，江蘇南通人，碩士研究生，研究