一、风力机叶片载荷谱及疲劳寿命分析(论文文献综述)
赵琴[1](2021)在《考虑风速风向联合概率分布的风力机叶片疲劳寿命研究》文中指出风力发电行业经过高速发展期,目前处于出质保期的故障频发阶段,叶片是风力机获取风能也是机组承受主要载荷的关键部件,高昂的维修、更换费用促使风电运维各方都将叶片的有效使用寿命作为降本增效的关键。随着风力机叶轮直径和轮毂高度的增加,大气边界层内气流对风力机产生较大的影响,如何挖掘动态来流的非平稳非均匀性并建立有效的风速模型,将其结合到叶片疲劳载荷对准确计算叶片疲劳寿命值并确保机组安全有效运行至关重要。为精确计算叶片疲劳寿命评估值,本文基于风力发电机组轮毂处实测风速风向数据结果,以“风的非高斯特性分析”-“叶片气动载荷分析”-“叶片疲劳寿命分析”的递进式研究思路,分别对非高斯风速风向联合分布概率模型、动态来流及实测风力机叶片气动载荷的变化规律、叶片全风向区间寿命计算模型进行系统研究,为风电场叶片服役期间的寿命预测和叶片运维管理提供技术支撑。主要研究工作包括:(1)提出非高斯Lévy指数风速模型,建立非高斯风速风向联合分布概率模型。基于Lévy进程的非高斯性,利用脉动冲击理论,建立非高斯Lévy指数风速模型,采用离散-连续混合联合分布模型描述十六个风向变化特性,根据多年风力机轮毂处实测风速风向数据建立风速风向联合模型,使用决定系数判定概率密度函数的拟合情况。实例分析表明,相比于常用的高斯风速Weibull分布模型,本文提出的非高斯Lévy指数风速风向联合概率分布模型拟合精度更高,能精确表现出机组轮毂处风速的非高斯特性,非高斯风速风向联合分布概率模型为进一步计算叶片寿命奠定理论基础。(2)使用CFD仿真方法模拟简化非高斯风速模型获得叶片气动载荷,与叶片实测机械载荷进行对比验证。采用CFD仿真方法模拟不同风向不同风速情况,探讨叶片气动压力及应力、位移变化规律,并模拟简化非高斯风速模型获得叶片的气动载荷。通过在叶片上粘贴集成应力传感器,获取叶片实时载荷变化,经过滤波处理将实时数据通过模块化系统处理存储与并行化计算,以可视化智慧风电平台体现。通过实例对比分析,CFD仿真方法模拟简化非高斯风速模型与实测过程获得叶片的挥舞弯矩和摆振弯矩变化趋势较相似,确认了CFD仿真方法与实测叶片载荷方法结果的一致性、有效性。(3)提出基于全风向区间风力机叶片寿命的计算方法,对比其它两种间接寿命计算方法。基于风速风向数据频域法,根据全风向区间应力损伤方法通过修正窄带过程,得到宽带过程不同区间叶根的损伤值,获取叶片全风向区间叶片寿命计算方法。作为“风的非高斯特性分析”、“叶片气动载荷分析”的应用与延拓,通过实例分别计算传统叶片寿命值、实测叶片寿命值及全风向区间叶片寿命值,对比表明传统计算方法存在高估风险,实测叶片计算方法与本文提出的计算方法结果相近,较接近叶片实际运行情况。本文提出的方法能够结合叶片材料进行分析,为风电场在役叶片的疲劳寿命计算提供一种具有应用价值的新方法。
韩桐桐[2](2021)在《大型风机叶片结构损伤诊断及疲劳寿命预测研究》文中研究指明风机叶片是风力发电机中非常重要的部件,其主体由复合材料制成,运行时承受脉动风载荷、离心惯性力载荷和重力载荷,在多重载荷作用下叶片上的疲劳裂纹会逐渐扩展至发生疲劳断裂,造成整个发电机组停止运转甚至报废。因此对风机叶片进行损伤检测和疲劳寿命计算,有助于及时进行预防性维护,以确保机组安全运行。本文以1.5MW风机叶片为研究对象进行瞬态动力学分析、模态分析和疲劳分析,并对分析结果进行深入研究,为叶片设计制造和损伤诊断提供了一定的参考。本文主要研究内容如下:首先分析了叶片运行时所承受的载荷情况,分析了影响叶片疲劳性能的气动载荷、重力载荷及惯性力载荷,并借助专用软件GH Bladed计算叶片在湍流风作用下,切入风速至切出风速下各叶素截面的载荷分布。其次采用Solid Works软件中的曲面功能生成叶片几何外形,将模型导入Workbench中设置相关的材料参数,对不同部位进行铺层,并进行网格划分,从而得到叶片有限元模型。再结合前述不同风速下的载荷分布对叶片进行瞬态动力学分析,确定出风机叶片的最大应力位置。然后在最大应力部位模拟设置不同的损伤工况,对叶片进行位移和应变模态分析,通过对比以固有频率、位移模态参数及应变模态参数作为损伤指标的诊断效果,证明了应变模态参数对叶片损伤识别更有效。研究发现,采用应变模态变化率和基于应变模态差分原理的直接指标共同作为风机叶片损伤识别指标能够进一步提高识别的精确度,降低由于损伤识别误差造成损伤误判的概率。最后将瞬态动力学分析得到的叶片应力-时间历程采用雨流法编制应力谱,分析玻璃钢复合材料的S-N曲线,采用传统线性Miner准则和模糊寿命估算方法分别计算出风机叶片的疲劳寿命,对比发现通过模糊寿命估算方法的计算结果更准确。
刘哲言[3](2021)在《河西地区风资源环境下风力机复合材料叶片动态特性研究》文中指出作为一种洁净分布广泛的可再生能源,风电产业成为能源发展重要方向,叶片是风电机组能量吸收的关键部件,对于具有结构扁平、轻质、柔性迎风的叶片在随机变载荷作用及强阵风的瞬时冲击下,其断裂故障率高达40%,直接造成巨大经济损失。随着风力机单机容量的不断增大,对叶片静动态特性提出更高的要求。因此,本研究在国家自然科学基金项目“西北典型风资源环境下变刚度风力机叶片结构性能退化机理研究(No.51965034)”资助下,针对河西地区风资源环境下复合材料叶片的载荷模拟仿真计算和动力学特性问题展开,以1.5MW水平轴风力机复合材料叶片为研究对象,通过构建河西地区风速威布尔(Weibull)分布模型,探究区域化稳态工况下叶片截面所受载荷分布规律。在此基础上,利用有限元法围绕叶片有限元建模、静强度分析、动态特性分析等问题进行探究。本研究对区域化叶片结构优化设计具有重要的参考价值。主要研究内容及取得的研究成果如下:(1)求解叶片在稳态工况下额定风速10.4m/s时沿挥舞、摆振及扭转方向所受载荷的分布规律。首先以河西地区特定风资源特点为依据,绘制该地区实际测量平均风速的概率密度曲线,并与威布尔分布拟合平均风速的概率密度曲线进行对比。然后在此基础上,通过推演归纳叶片运行过程中所受载荷类型,模拟仿真该区域稳态运行工况下叶片不同翼型截面所受载荷分布规律,研究额定风速10.4m/s时叶片在挥舞、摆振及扭转三个方向所受载荷沿叶片展向方向的变化规律。(2)构建复合材料叶片有限元模型并进行静力学特性研究。首先根据复合材料叶片铺层设计原理及层合板力学理论,确定复合材料叶片铺层设计方案,基于ACP分析模块,构建1.5MW水平轴风力机复合材料叶片有限元模型。然后以求得的区域化稳态工况下叶片不同截面所受载荷分布规律为依据,结合有限元法研究复合材料叶片静力学特性,探究叶片应力应变及挥舞和摆振方向载荷极限因子分布情况。结果表明:稳态工况下叶片展向70%范围内挥舞、摆振方向载荷极限因子均大于等于1.10。(3)探究复合材料叶片动态特性、屈曲稳定性等。首先根据所求稳态工况下的载荷分布,利用模态叠加法进行振动谐响应分析,校核叶片的频率幅值响应,探究叶片在固有频率15Hz下的等效应力分布及变形分布。结果表明:压力载荷作用下固有频率15Hz时,叶片局部应力分布发生突变,在叶中部位存在明显的应力集中。然后通过有效引入叶片微分刚度,求解得叶片前2阶非线性屈曲特征值均大于1,表明叶片屈曲载荷大于实际载荷,即稳态载荷额定风速时叶片不会发生整体失稳现象。(4)基于疲劳载荷谱求解复合材料叶片疲劳寿命。首先以模态分析、运行坎贝尔图(Campbell)和输出功率曲线对叶片稳定性定量分析。结果表明:叶片前四阶固有频率与激振力频率在额定风速区间没有交点,叶片不会发生共振现象,且输出功率满足前期叶片稳定设计要求。然后采用线性疲劳累计损失法则和玻璃纤维/环氧树脂复合材料S-N曲线,求解河西地区某风场的叶片疲劳载荷谱。最后通过引入载荷谱进一步对区域化叶片的累积损失寿命进行求解,结果表明:在稳态工况下叶片寿命满足GL设计要求20年。
刘艳[4](2020)在《某风力机载荷谱及关键连接件工作性能分析》文中研究指明近年来,随着风力发电行业的快速发展,风力发电机的功率和结构也日趋庞大与复杂,风力机的安全有效运行成为研究机构和企业的研究重点。针对风力机可能存在的倒塌问题,从塔架法兰螺栓连接的角度,对原设计进行了工作性能分析,并结合新型的螺栓材料进行了变参数分析研究。本文以某6MW的风力机为例,基于叶素-动量理论等风力机设计理论,通过GH Bladed软件平台建立了风力发电机组整机模型。根据IEC61400标准,研究风力机服役期间可能面临的典型工况,对风力机的气动性能进行了研究,获得了叶片和塔架载荷分布。对塔架进行了静强度分析、疲劳分析、模态分析、屈曲分析,验证了塔架工作的可靠性,得到了塔架在极限载荷下的薄弱位置。考虑塔节之间通过螺栓连接,薄弱法兰螺栓连接截面可能存在危险;考虑螺栓连接的安装和加工工艺,基于VDI2230标准,对法兰螺栓连接进行了抗屈服、抗疲劳、抗压溃、抗剪切、抗滑移等性能分析;考虑螺栓连接的非线性接触,结合VDI2230标准和有限元技术,建立有效的有限元模型,分析了螺栓的各项工作性能指标和法兰结合面连接状态。结合新型12.9级螺栓材料,从螺栓直径、螺栓个数、螺栓预紧力角度对螺栓连接进行了变参数分析,确定了新的螺栓连接参数。
李晨阳,王林[5](2019)在《基于疲劳寿命分析的风力机叶片形状设计》文中研究说明风力机最主要的动力来源是作用于风力机叶片上的气动力,本文基于动量-叶素理论分析了影响风力机叶片疲劳寿命的气动载荷的来源与分布,并且建立了兆瓦级风力机气动力载荷计算模型。在计算叶片根部的摆振力矩的基础上,采用Weibull分布模型,结合雨流计数法对叶片根部承受的载荷进行统计分析。最后,运用Palmgren-Miner线性疲劳损伤累积法则进行了风力机叶片安全疲劳寿命估计。通过所计算的1.5兆瓦水平轴风力机叶片疲劳寿命估计的算例表明,叶片的使用寿命与叶片最大弦长的位置相关。
苏灵[6](2019)在《风力发电机叶根疲劳载荷及寿命分析》文中提出经济与科技的快速发展加速了对石油、天然气等传统化石能源的消耗,同时促进了对风能这种清洁能源的开发。到2017年底全球总的风电装机容量已到达539.58GW,为提高风能的利用效率及风能开发的经济性,风力机叶片长度不断的增长。风力机叶片主要通过叶根螺栓与轮毂连接,在叶片叶根部位承受着叶片旋转过程中产生的弯矩、剪切、挤压等复杂的交变作用,故风力机叶片叶根部位往往最容易发生疲劳破坏。本文以某2.0MW级风力发电机叶片叶根为研究背景,利用MATLAB软件实现雨流法程序化,通过雨流程序对59种叶片载荷历程进行分析,得到极值载荷历程以及疲劳载荷谱。然后运用ANSYS有限元分析与试验相结合的研究方法,分析叶片叶根在多种载荷作用下的疲劳性能。疲劳寿命分析的第一步便是疲劳载荷谱的确定。本文利用MATLAB对雨流计数法实现了程序化的处理,得到了叶片叶根在59种载荷工况下的疲劳弯矩谱,然后根据载荷等效原则得到了1/92叶根等效轴力谱。为了计算叶根螺栓疲劳寿命,本文通过有限元模拟分析与试验研究相结合的方式对螺栓载荷比计算展开了研究。通过对比分析有限元模拟得到的螺栓载荷比与试验研究得到的载荷比,验证了运用有限元模拟计算螺栓载荷比的方法的可行。基于试验研究结果,建立实际所要进行疲劳寿命分析的风力机叶片叶根局部ANSYS有限元模型,得到了叶根螺栓载荷比以及叶根玻璃钢铺层和UD块应力与等效轴力的关系,然后利用螺栓载荷比和玻璃钢铺层、UD块应力与等效轴力的关系,在等效载荷谱的基础上得到了叶根螺栓疲劳应力谱以及叶根玻璃钢铺层和UD块的疲劳应力谱。最后,基于Miner疲劳线性损伤累积理论,运用GL2010中的叶根螺栓与玻璃钢的S/N疲劳寿命曲线,对叶根螺栓、玻璃钢铺层、UD块进行了疲劳寿命分析。计算得到叶片叶根螺栓的疲劳损伤度D为0.0172,玻璃钢铺层最大的疲劳损伤度D为9.78E-3,UD块最大的疲劳损伤度D为2.96E-3。结果表明,该叶片叶根结构设计满足规范要求。
闫肖蒙[7](2019)在《基于迈因纳(Miner)法的风电机组叶片疲劳寿命预测》文中研究指明叶片是风电机组的核心部件之一,其性能质量直接影响到机组的整体运行效率。疲劳载荷是导致叶片失效的主要原因,风电机组叶片的实际使用寿命主要取决于叶片的疲劳寿命。目前,叶片疲劳寿命预测主要采用线性迈因纳(Miner)法和模糊Miner法,前者只考虑了疲劳损伤的线性叠加,后者考虑了低于疲劳极限的载荷对疲劳寿命的影响,这两种方法均没有考虑载荷随机性变化。根据叶片的疲劳损伤累积过程,连续型Miner法综合考虑了疲劳损伤的模糊性和载荷随机性,构件疲劳寿命预测更接近风电机组叶片的实际运行情况。以NREL 5MW风电机组叶片为研究对象,应用连续型Miner法进行疲劳寿命预测。主要完成了以下工作:(1)建立了风电机组载荷计算模型和叶片有限元模型,计算各风速下的叶片截面载荷,对叶片进行了强度分析,并通过模态分析和静力分析验证模型可靠性;(2)通过瞬态动力学分析提取了叶片危险节点的主应力—时间历程,采用雨流计数法编制应力谱,建立了考虑载荷随机性变化的应力概率模型;(3)根据叶片材料的疲劳特性S-N曲线和修正疲劳极限,应用线性Miner法、模糊Miner法和连续型Miner法预测叶片在随机循环载荷下的疲劳寿命,并进行对比分析。研究结果表明,通过叶片强度分析,叶片的危险位置位于叶片根部,叶尖最大位移和叶根最大等效应力均低于许用变形量和许用应力,叶片结构设计符合强度要求。考虑载荷随机性变化,对叶片应力谱进行统计分析,较长时期内叶片应力概率分布服从正态分布。基于线性Miner法、模糊Miner法和连续型Miner法进行叶片疲劳寿命预测,三种疲劳损伤累积理论的预测结果均高于机组设计寿命20年,证明NREL5MW叶片的结构和铺层满足设计要求;连续型Miner法的疲劳寿命预测结果为21.46年与设计寿命最接近,误差最小为7.3%,提高了叶片疲劳寿命预测精度,为风电机组叶片提供了一种新的疲劳寿命预测模型。
米良[8](2016)在《大型直驱风力发电机叶片疲劳寿命分析》文中指出大型直驱风力发电机的叶片部位是风电机组中最为重要的工作部件,所处工作环境十分恶劣,通常承受复杂的随机变幅载荷作用,很容易发生疲劳破坏,从而导致风轮乃至整个风电机组失效停机。为了提高风电机组在使用时的可靠性,有必要对叶片部位的疲劳寿命进行准确地预估。在对叶片进行疲劳寿命分析之前,本文对作用于叶片的各类型载荷进行研究,利用电阻应变片传感器对叶片所承受的随机变幅载荷进行现场实测,继而构建了一套载荷信号采集与处理的系统,并对所采集到的载荷数据进行相应的预处理操作,滤除影响信号精度的无关信号,从而获取真实可用的原始宏观载荷数据。对叶片的疲劳寿命进行分析和估算时,需要对叶片的强度和变形进行分析校核,本文利用Profili翼型设计软件与Pro/E三维制图软件,构造出风力机叶片的几何模型,并将其导入到ANSYS有限元分析软件中,通过划分网格等操作进行处理,构造出风力机叶片的有限元模型,通过ANSYS中求解模块对叶片应力分布情况与变形情况进行分析计算,结果表明符合强度设计要求。同时采用求取分级等效载荷的方法将连续应力载荷谱阶梯化处理为离散应力载荷谱,使数据处理量和数据分析工作量大大减少,为叶片疲劳寿命估算提供了有效的数据支持。在对风力机叶片进行疲劳寿命估算时,需要考虑到对材料疲劳寿命估算精度产生重要影响的载荷间相互作用效应。但当前研究成果中疲劳寿命估算方法大都难以将此效应考虑在内,从而导致材料的疲劳寿命估算误差较大。为了更加精确地对风力发电机叶片的疲劳寿命进行估算,本文提出将泊松随机过程理论与伴随损伤理论相结合的疲劳寿命估算方法对叶片疲劳寿命进行分析估算,即采用泊松随机过程相关分布函数来对叶片所受随机载荷的时序分布情况进行描述,同时借助断裂力学相关理论对材料疲劳损伤机理进行深入研究,采用伴随损伤理论中相关函数公式对载荷间相互作用效应进行定量分析,并将基于两种理论所求得的函数表达式结合起来联立求解,最终得出可以充分考虑载荷间相互作用效应影响的疲劳损伤累积计算方法。以该方法估测随机加载条件下45钢试件的疲劳寿命,并将所得结果与试验数据进行对比,误差仅为11%,与当前研究中的疲劳寿命估算方法相比精度更高。最后,以该方法对风力机叶片的疲劳寿命进行估算,结果符合强度设计要求,为风力发电机叶片的疲劳寿命分析及可靠性分析提供了一种新的方法和途径。
梁河[9](2015)在《风力机复合材料叶片疲劳寿命预测》文中研究指明能源问题和环境问题已经成为了人类生存与发展不得不共同面对的问题。一方面,人类对电的需求快速增长,“电荒”现象时有发生。另一方面,常规能源在开发利用的同时也制约着人类的生存与发展。因此,人类对能源的需求使得新能源日益受到重视。和目前可开发利用的新能源比较,由于风电具有开发历史长、技术可靠和商业价值高等优势,所以风电将成为清洁能源主要发展方向之一。截止2014年,全球累计装机容量超过369.5GW。风电产业规模不断地扩大,而叶片是风力发电机的核心部件,造价约占整个设备的16%-20%。同时,风力机叶片的使用寿命很大程度上取决于疲劳寿命。因此,叶片的疲劳研究具有重大的现实意义。本文提出了一种预测风力机复合材料叶片疲劳寿命的方法。首先,依据GL2010标准中确定的疲劳工况,利用GH-Bladed软件快速计算得到叶片的疲劳载荷谱;第二,在ANSYS有限元软件中创建叶片的参数化建模,采用SHELL181单元定义复合材料,并通过瞬态分析,得到疲劳应力谱;第三,依据GL2010标准中的复合材料S-N曲线定义,在FE-SAFE软件中进行叶片复合材料多组分疲劳分析。本文所提出的方法与其他相比,有3个方面的不同:①疲劳载荷谱依据GL2010标准中的疲劳工况计算;②通过瞬态分析得到疲劳应力谱,能够更真实地反映出疲劳风况下的整个叶片受力情况;③在进行疲劳分析时,考虑了复合材料多组分特点,输入多条S/N曲线。最后,本文具体以某850k W叶片作为算例,进行全寿命分析,计算所得的疲劳寿命为24.8年,符合工程实际使用寿命。
杨俊,武美萍,王称心[10](2015)在《风力机叶片结构分析与铺层优化》文中研究指明根据玻璃钢风力机叶片结构分析的有限元理论,利用大型通用有限元软件ANSYS建立叶片的有限元模型。通过在风力、重力和离心力耦合作用下风力机叶片的静力学分析,检验叶片正常运行时的安全性。通过风力机叶片动力学分析,计算叶片的固有振动频率,判断其能否避免共振,实现正常运行。在此基础上,根据Miner线性累积损伤法则的玻璃钢叶片疲劳寿命估计方法,对风力机叶片疲劳寿命进行计算,判断初始设计方案能否满足使用寿命要求。在不增加叶片质量的前提下,对叶片的铺层工艺进行优化,改善了叶片应力,提高了疲劳寿命。
二、风力机叶片载荷谱及疲劳寿命分析(论文开题报告)
(1)论文研究背景及目的
此处内容要求:
首先简单简介论文所研究问题的基本概念和背景,再而简单明了地指出论文所要研究解决的具体问题,并提出你的论文准备的观点或解决方法。
写法范例:
本文主要提出一款精简64位RISC处理器存储管理单元结构并详细分析其设计过程。在该MMU结构中,TLB采用叁个分离的TLB,TLB采用基于内容查找的相联存储器并行查找,支持粗粒度为64KB和细粒度为4KB两种页面大小,采用多级分层页表结构映射地址空间,并详细论述了四级页表转换过程,TLB结构组织等。该MMU结构将作为该处理器存储系统实现的一个重要组成部分。
(2)本文研究方法
调查法:该方法是有目的、有系统的搜集有关研究对象的具体信息。
观察法:用自己的感官和辅助工具直接观察研究对象从而得到有关信息。
实验法:通过主支变革、控制研究对象来发现与确认事物间的因果关系。
文献研究法:通过调查文献来获得资料,从而全面的、正确的了解掌握研究方法。
实证研究法:依据现有的科学理论和实践的需要提出设计。
定性分析法:对研究对象进行“质”的方面的研究,这个方法需要计算的数据较少。
定量分析法:通过具体的数字,使人们对研究对象的认识进一步精确化。
跨学科研究法:运用多学科的理论、方法和成果从整体上对某一课题进行研究。
功能分析法:这是社会科学用来分析社会现象的一种方法,从某一功能出发研究多个方面的影响。
模拟法:通过创设一个与原型相似的模型来间接研究原型某种特性的一种形容方法。
三、风力机叶片载荷谱及疲劳寿命分析(论文提纲范文)
(1)考虑风速风向联合概率分布的风力机叶片疲劳寿命研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
符号表 |
第1章 绪论 |
1.1 课题研究的背景和意义 |
1.1.1 课题研究的背景 |
1.1.2 课题研究的意义 |
1.2 风速风向联合概率模型研究现状 |
1.3 叶片气动载荷及应力/应变研究现状 |
1.3.1 叶片气动载荷的研究现状 |
1.3.2 叶片应力/应变的研究现状 |
1.4 叶片疲劳寿命分析研究现状 |
1.5 目前研究存在的问题、本文的研究内容及课题来源 |
1.5.1 存在的问题 |
1.5.2 本文的研究内容 |
1.5.3 课题来源 |
1.6 研究内容框架 |
第2章 风速风向联合分布概率模型 |
2.1 引言 |
2.2 非高斯风速模型 |
2.2.1 高斯风速模型 |
2.2.2 非高斯过程特性 |
2.2.3 非均匀非平稳来流风场的特性 |
2.2.4 非高斯Lévy指数风速模型 |
2.3 实测风速的非高斯特性 |
2.3.1 时域过程的非高斯性 |
2.3.2 频域过程的非高斯性 |
2.3.3 不同机组位置风速的非高斯性 |
2.4 风速及风向联合分布概率模型 |
2.4.1 离散-连续混合联合分布模型 |
2.4.2 风向概率模型 |
2.4.3 非高斯风速及风向联合分布概率模型 |
2.4.4 模型参数拟合方法及拟合结果判定标准 |
2.5 非高斯风速及风向联合概率模型实例分析 |
2.5.1 联合概率模型计算分析 |
2.5.2 模型参数拟合分析 |
2.6 本章小结 |
第3章 风速风向联合作用的叶片气动载荷研究 |
3.1 引言 |
3.2 风轮空气动力学基本理论及叶片的流固耦合分析 |
3.2.1 风轮动量理论及叶素理论 |
3.2.2 叶片的流固耦合分析 |
3.3 叶片模型参数及建模分析 |
3.4 不同风向、风速叶片气动压力分布 |
3.4.1 不同风向叶片气动压力分布 |
3.4.2 不同风速叶片气动压力分布 |
3.5 不同风向、风速叶片载荷分布 |
3.5.1 不同风向叶片应力、位移分布 |
3.5.2 不同风速叶片应力、位移分布 |
3.6 动态来流下气动载荷的模拟计算 |
3.6.1 动态风速函数与流场分析 |
3.6.2 动态来流动压对比与气动载荷模拟 |
3.7 本章小结 |
第4章 基于采集数据的叶片气动载荷分析及验证 |
4.1 引言 |
4.2 风力机叶片载荷测量技术的研究 |
4.2.1 载荷测量方法 |
4.2.2 载荷的测量 |
4.3 数据处理及软件系统功能实现 |
4.3.1 俘获矩阵与信号调理和存储 |
4.3.2 智慧风电监控平台的实现与数据输出 |
4.4 实测载荷与模拟载荷对比分析 |
4.5 本章小结 |
第5章 全风向区间叶片的疲劳寿命计算方法 |
5.1 引言 |
5.2 疲劳损伤理论 |
5.2.1 线性累积损伤理论 |
5.2.2 雨流计数法 |
5.2.3 非零平均应力的等效转换 |
5.3 全风向区间风速疲劳寿命计算法 |
5.3.1 应力损伤概率密度函数 |
5.3.2 风速风向JPDF的频域分析方法 |
5.3.3 全风向区间风速累积疲劳寿命计算 |
5.4 风力机叶片的全风向区间风速疲劳寿命计算法 |
5.4.1 叶片风向区间疲劳寿命计算方法与复合材料参数 |
5.4.2 叶片模态分析与应力分析 |
5.4.3 叶片应力时程计算与寿命计算流程 |
5.5 叶片疲劳寿命实例计算对比 |
5.5.1 传统算法的叶片疲劳寿命计算 |
5.5.2 实测数据的叶片疲劳寿命计算 |
5.5.3 风向区间的叶片疲劳寿命计算 |
5.5.4 三种算法对比分析 |
5.6 本章小结 |
第6章 结论及展望 |
6.1 结论 |
6.2 展望 |
参考文献 |
在读期间发表论文清单 |
致谢 |
附录 A 复合叶片铺层参数 |
附录 B 数据标定对比值 |
(2)大型风机叶片结构损伤诊断及疲劳寿命预测研究(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
符号说明 |
1 绪论 |
1.1 课题研究背景与意义 |
1.2 风电行业发展概况 |
1.3 叶片结构损伤识别的研究现状 |
1.4 叶片疲劳寿命的研究现状 |
1.5 论文的主要内容与结构安排 |
2 风机叶片载荷分析理论基础 |
2.1 风机叶片受载概况 |
2.1.1 载荷分析理论 |
2.1.2 叶片载荷计算 |
2.2 疲劳分析理论 |
2.2.1 S-N曲线及条件疲劳极限 |
2.2.2 疲劳损伤累积理论 |
2.3 运用GH-Bladed获取叶片载荷 |
2.3.1 GH-Bladed软件简介 |
2.3.2 风力机参数定义 |
2.3.3 输出动态载荷 |
2.4 本章小结 |
3 风机叶片有限元建模 |
3.1 Solid Works软件简介 |
3.2 叶片三维模型的生成 |
3.2.1 叶片结构及翼型 |
3.2.2 翼型坐标转换 |
3.2.3 叶片三维建模 |
3.3 ANSYS Workbench软件简介 |
3.3.1 有限元分析方法简介 |
3.3.2 Workbench平台简介 |
3.4 叶片有限元模型的生成 |
3.4.1 设置材料属性及铺层设计 |
3.4.2 网格划分 |
3.5 叶片瞬态动力学分析 |
3.5.1 瞬态动力学简介 |
3.5.2 叶片应力分析 |
3.6 本章小结 |
4 基于应变模态的风机叶片损伤诊断 |
4.1 叶片常见的损伤类型 |
4.1.1 表层脱落 |
4.1.2 雷击 |
4.1.3 螺栓断裂失效 |
4.1.4 覆冰 |
4.1.5 裂纹及开裂 |
4.2 叶片损伤识别的常用方法 |
4.2.1 声发射检测技术 |
4.2.2 热成像检测技术 |
4.2.3 超声波检测技术 |
4.2.4 直接观察法 |
4.2.5 振动检测技术 |
4.2.6 其他检测技术 |
4.3 基于应变模态的风机叶片损伤识别 |
4.3.1 应变模态损伤识别的理论基础 |
4.3.2 叶片损伤结构有限元模型的建立 |
4.3.3 风机叶片位移模态分析 |
4.3.4 风机叶片应变模态分析 |
4.3.5 基于应变模态差分曲线的损伤定位 |
4.4 本章小结 |
5 风机叶片疲劳寿命预测 |
5.1 风况参数 |
5.2 基于nCode的疲劳分析 |
5.2.1 nCode软件简介 |
5.2.2 叶片疲劳分析 |
5.2.3 联合Workbench和 ANSYS经典界面提取危险节点应力 |
5.2.4 雨流计数法 |
5.3 叶片疲劳寿命预测 |
5.3.1 风机叶片疲劳寿命的模糊性 |
5.3.2 隶属函数 |
5.3.3 风机叶片疲劳寿命模糊估计理论 |
5.3.4 风机叶片寿命估算 |
5.4 本章小结 |
总结与展望 |
总结 |
展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读硕士学位期间发表的论文 |
攻读学位期间授权专利情况 |
攻读硕士学位期间参加科研项目情况 |
(3)河西地区风资源环境下风力机复合材料叶片动态特性研究(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景和意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.2.1 风力机叶片的发展概况 |
1.2.2 叶片载荷研究现状 |
1.2.3 叶片动态特性研究现状 |
1.3 本论文的研究内容及方法 |
第2章 复合材料叶片气动及结构设计理论基础 |
2.1 引言 |
2.2 叶片气动设计理论 |
2.2.1 一维动量理论与贝兹极限 |
2.2.2 叶素理论 |
2.2.3 动量-叶素理论 |
2.3 叶片结构设计理论 |
2.3.1 叶片铺层设计原则 |
2.3.2 层合板力学理论 |
2.4 本章小结 |
第3章 稳态工况下叶片载荷模拟仿真研究 |
3.1 引言 |
3.2 风模型 |
3.2.1 风剪切模型 |
3.2.2 威布尔分布模型 |
3.3 叶片稳态载荷仿真 |
3.3.1 叶片坐标系 |
3.3.2 叶片载荷来源 |
3.3.3 叶片稳态载荷仿真 |
3.4 本章小结 |
第4章 复合材料叶片有限元建模及静力学分析 |
4.1 引言 |
4.2 复合材料叶片有限元建模 |
4.2.1 翼型特征及参数 |
4.2.2 叶片三维实体建模 |
4.2.3 叶片铺层设计 |
4.2.4 叶片铺层模块 |
4.2.5 复合材料叶片有限元建模 |
4.3 叶片静力学分析 |
4.3.1 静力学分析基本流程 |
4.3.2 初始条件设置 |
4.3.3 结果分析及讨论 |
4.4 本章小结 |
第5章 复合材料叶片动态特性研究 |
5.1 引言 |
5.2 叶片振动谐响应分析 |
5.2.1 叶片运动微分方程 |
5.2.2 谐响应分析基本流程 |
5.2.3 叶片振动谐响应分析 |
5.3 叶片屈曲稳定性分析 |
5.3.1 屈曲分析理论基础 |
5.3.2 叶片非线性屈曲分析 |
5.4 叶片疲劳寿命研究 |
5.4.1 线性疲劳累计损失理论 |
5.4.2 叶片疲劳载荷谱 |
5.5 本章小结 |
总结与展望 |
总结 |
展望 |
参考文献 |
致谢 |
附录A 攻读学位期间发表的学术论文目录 |
附录B 参加科研项目情况 |
附录C 攻读学位期间获得的奖励 |
(4)某风力机载荷谱及关键连接件工作性能分析(论文提纲范文)
摘要 |
Abstract |
1 绪论 |
1.1 课题研究的背景与意义 |
1.2 风力发电开发现状 |
1.3 风力机空气动力学研究现状 |
1.4 风力机塔架螺栓连接研究现状 |
1.5 论文研究内容 |
2 风力机基本设计理论 |
2.1 风力机基本概念 |
2.2 风力机空气动力学理论 |
2.2.1 贝兹理论 |
2.2.2 叶素理论 |
2.2.3 动量理论 |
2.2.4 叶素-动量理论 |
2.2.5 塔影效应 |
2.2.6 风剪切 |
2.3 结构动力学理论 |
2.3.1 模态分析 |
2.3.2 运动方程 |
2.4 本章小结 |
3 风力机载荷谱计算 |
3.1 风力机载荷来源与分类 |
3.1.1 按载荷来源分类 |
3.1.2 按载荷的性质分类 |
3.1.3 按结构设计要求分类 |
3.2 GH-Bladed软件介绍 |
3.2.1 风力机建模仿真软件 |
3.2.2 载荷计算坐标系 |
3.2.3 载荷计算流程 |
3.3 风力机计算模型的建立 |
3.3.1 叶片模型 |
3.3.2 风轮和轮毂模型 |
3.3.3 塔架模型 |
3.4 风力机设计工况研究 |
3.4.1 风况研究 |
3.4.2 设计工况研究 |
3.5 结果与分析 |
3.5.1 气动性能分析 |
3.5.2 叶片载荷 |
3.5.3 塔架载荷 |
3.6 本章小结 |
4 塔架有限元分析 |
4.1 塔架几何模型 |
4.2 塔架静强度分析 |
4.3 塔架疲劳分析 |
4.4 塔架模态分析 |
4.5 塔架屈曲分析 |
4.6 本章小结 |
5 风力机塔架连接系工作性能分析 |
5.1 VDI2230 准则 |
5.1.1 VDI2230 标准计算步骤 |
5.1.2 VDI2230 标准螺栓连接校核步骤 |
5.2 基于VDI2230 的塔架法兰螺栓连接理论校核 |
5.2.1 单个螺栓载荷分配计算 |
5.2.2 螺栓连接基本参数 |
5.2.3 确定螺栓预紧力 |
5.2.4 螺栓连接工作性能分析 |
5.3 法兰-螺栓连接有限元分析方法 |
5.3.1 无螺栓等效载荷法 |
5.3.2 螺栓耦合模拟法 |
5.3.3 实体螺栓无螺纹建模法 |
5.3.4 实体螺纹真实建模 |
5.4 结合VDI2230 和有限元分析的螺栓连接非线性分析 |
5.4.1 设计与校核流程 |
5.4.2 螺栓连接非线性静力学计算模型 |
5.4.3 结果分析 |
5.5 本章小结 |
6 塔架螺栓连接变参数分析研究 |
6.1 螺栓直径对螺栓连接的影响 |
6.1.1 基于VDI2230 标准的初步设计 |
6.1.2 螺栓直径对连接性能的影响分析 |
6.2 螺栓个数对螺栓连接的影响 |
6.3 预紧力对螺栓连接的影响 |
6.4 本章小结 |
7 总结与展望 |
7.1 总结 |
7.2 展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 攻读硕士学位期间发表的论文和出版着作情况 |
(6)风力发电机叶根疲劳载荷及寿命分析(论文提纲范文)
摘要 |
abstract |
第一章 绪论 |
1.1 研究背景 |
1.1.1 全球风电发展现状 |
1.1.2 国内风电发展概况 |
1.2 研究对象 |
1.3 风力发电机叶片叶根疲劳研究现状 |
1.3.1 国外风力发电机疲劳研究概况 |
1.3.2 国内风力发电机疲劳研究概况 |
1.4 本文主要工作内容 |
1.5 本章小结 |
第二章 疲劳分析理论及方法 |
2.1 疲劳概述 |
2.2 疲劳寿命曲线 |
2.2.1 影响疲劳寿命的因素 |
2.2.2 S-N疲劳寿命曲线 |
2.2.3 疲劳极限 |
2.2.4 螺栓疲劳寿命曲线 |
2.2.5 玻璃钢疲劳寿命曲线公式 |
2.3 疲劳累积损伤理论 |
2.3.1 线性疲劳损伤累积理论 |
2.3.2 非线性疲劳损伤累积理论 |
2.4 疲劳载荷分析 |
2.4.1 雨流计数法 |
2.4.2 泄水法 |
2.5 本章小结 |
第三章 雨流法MATLAB程序化及疲劳荷载谱的编制 |
3.1 MATLAB软件简介 |
3.2 风机叶片叶根载荷工况分析 |
3.2.1 载荷计算理论 |
3.2.2 疲劳载荷工况 |
3.3 雨流计数法编写载荷谱 |
3.3.1 载荷历程极值的提取 |
3.3.2 编制载荷谱 |
3.3.3 载荷的等效 |
3.4 本章小结 |
第四章 螺栓载荷比方法的确定及验证 |
4.1 载荷比的研究目的及方法 |
4.1.1 载荷比研究目的 |
4.1.2 载荷比的研究方法 |
4.2 ANSYS有限元模拟确定载荷比 |
4.2.1 有限元建模步骤 |
4.2.2 试样几何参数 |
4.2.3 试样有限元模型 |
4.2.4 试样有限元结果分析 |
4.3 载荷比试验研究 |
4.3.1 试验准备 |
4.3.2 主要试验仪器设备 |
4.3.3 加载与数据采集方案 |
4.3.4 试验结果分析 |
4.4 本章小结 |
第五章 风力发电机叶片叶根疲劳寿命计算 |
5.1 叶片叶根ANSYS有限元模拟分析 |
5.1.1 风机叶片叶根构造 |
5.1.2 风机叶片叶根有限元建模 |
5.1.3 载荷的施加 |
5.1.4 计算结果输出 |
5.2 叶片叶根螺栓疲劳寿命计算 |
5.2.1 叶根螺栓的基本参数 |
5.2.2 叶根螺栓的疲劳寿命计算 |
5.3 玻璃钢铺层及UD块疲劳寿命计算 |
5.4 本章小结 |
第六章 结论与展望 |
6.1 主要工作总结与结论 |
6.2 后续工作展望 |
致谢 |
参考文献 |
在学期间发表的论着及取得的科研成果 |
(7)基于迈因纳(Miner)法的风电机组叶片疲劳寿命预测(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第1章 绪论 |
1.1 课题背景及研究意义 |
1.2 风电行业发展概况 |
1.2.1 国外风电行业发展现状 |
1.2.2 国内风电行业研究现状 |
1.3 风电机组叶片疲劳寿命研究现状 |
1.3.1 风电机组叶片失效模式 |
1.3.2 叶片载荷分析现状 |
1.3.3 疲劳损伤累积理论发展现状 |
1.3.4 叶片疲劳寿命研究现状 |
1.4 论文研究方法及主要内容 |
第2章 风电机组叶片载荷建模分析 |
2.1 引言 |
2.2 动量—叶素理论 |
2.3 叶片受载概况 |
2.3.1 气动载荷 |
2.3.2 重力载荷 |
2.3.3 惯性载荷 |
2.4 叶片截面载荷计算 |
2.4.1 风电机组参数输入 |
2.4.2 载荷数据输出 |
2.5 本章小结 |
第3章 风电机组叶片有限元建模分析 |
3.1 引言 |
3.2 叶片结构设计 |
3.2.1 叶片几何参数 |
3.2.2 叶片材料属性 |
3.2.3 叶片部件布置 |
3.2.4 叶片铺层设计 |
3.3 叶片参数化建模 |
3.3.1 叶片参数化建模 |
3.3.2 有限元模型 |
3.4 叶片强度分析和模型可靠性验证 |
3.4.1 模态分析 |
3.4.2 强度分析 |
3.4.3 模型可靠性验证 |
3.5 本章小结 |
第4章 叶片应力谱分析研究 |
4.1 引言 |
4.2 疲劳基础理论 |
4.2.1 复合材料疲劳损伤机理 |
4.2.2 Hashin失效判定准则 |
4.3 叶片危险部位的确定 |
4.3.1 瞬态动力学分析 |
4.3.2 叶片危险节点应力计算 |
4.4 应力谱分析 |
4.4.1 雨流计数法 |
4.4.2 雨流法编制应力谱 |
4.4.3 风速分布 |
4.4.4 应力概率密度分布模型 |
4.5 本章小结 |
第5章 风电机组叶片疲劳寿命预测 |
5.1 引言 |
5.2 疲劳损伤累积理论 |
5.2.1 线性Miner疲劳损伤累积法则 |
5.2.2 模糊理论的离散型Miner疲劳损伤累积法则 |
5.2.3 模糊理论的连续型Miner疲劳损伤累积法则 |
5.3 基于连续型MINER法的叶片疲劳寿命预测 |
5.3.1 疲劳性能曲线 |
5.3.2 叶片疲劳寿命预测 |
5.4 本章小结 |
第6章 结论与展望 |
6.1 结论 |
6.2 创新点 |
6.3 展望 |
参考文献 |
攻读硕士学位期间发表的论文及其它成果 |
致谢 |
(8)大型直驱风力发电机叶片疲劳寿命分析(论文提纲范文)
摘要 |
ABSTRACT |
第一章 绪论 |
1.1 课题概述 |
1.1.1 课题来源 |
1.1.2 课题研究背景 |
1.1.3 课题目的与意义 |
1.2 国内外研究现状 |
1.3 课题主要研究内容 |
第二章 风力发电机叶片载荷分析与计算 |
2.1 叶片载荷分析理论基础 |
2.1.1 动量—叶素理论 |
2.1.2 叶素动力参数的求解 |
2.2 坐标系的建立 |
2.3 风切变效应分析 |
2.4 叶片所受载荷分类与计算 |
2.5 本章小结 |
第三章 风力发电机叶片载荷的测量 |
3.1 风力发电机组运行参数说明 |
3.2 叶片载荷测量流程 |
3.3 传感器的选择 |
3.3.1 电阻应变片的工作原理 |
3.3.2 电阻应变片的选取 |
3.4 应变片的安装 |
3.4.1 应变片的安装位置 |
3.4.2 惠斯通电桥连接方法 |
3.4.3 电阻应变片贴片方法 |
3.5 集流环的选取与应用 |
3.6 数据采集与处理 |
3.6.1 硬件系统 |
3.6.2 软件系统 |
3.6.3 载荷信号的处理 |
3.7 本章小结 |
第四章 风力发电机叶片强度分析与载荷谱处理 |
4.1 叶片模型的建立 |
4.1.1 叶片翼型的选取 |
4.1.2 叶片各截面空间坐标系的建立 |
4.1.3 叶片几何模型的建立 |
4.2 叶片强度分析 |
4.2.1 叶片模型的有限元分析 |
4.2.2 叶片有限元模型的加载与求解 |
4.3 叶片载荷谱分析及处理 |
4.3.1 模糊Miner线性疲劳损伤累积理论 |
4.3.2 隶属函数 |
4.3.3 等效载荷计算 |
4.3.4 风力发电机叶片载荷谱的处理 |
4.4 本章小结 |
第五章 风力发电机叶片疲劳寿命分析 |
5.1 疲劳损伤累积理论的分析与研究 |
5.2 叶片疲劳寿命估算流程 |
5.3 泊松随机过程理论 |
5.3.1 叶片载荷非齐次泊松随机过程模型的建立 |
5.3.2 泊松随机过程参数的推导 |
5.4 当量载荷计算 |
5.5 伴随损伤理论 |
5.6 随机加载试验验证 |
5.7 大型风力发电机叶片疲劳寿命的估算 |
5.7.1 大型风力机叶片泊松随机过程模型参数计算 |
5.7.2 风力机叶片当量载荷的计算 |
5.7.3 风力机叶片的疲劳性能曲线公式 |
5.7.4 计算结果 |
5.8 本章小结 |
第六章 总结与展望 |
6.1 主要结论 |
6.2 工作展望 |
参考文献 |
致谢 |
攻读学位期间发表学术论文目录 |
附录 |
(9)风力机复合材料叶片疲劳寿命预测(论文提纲范文)
中文摘要 |
英文摘要 |
1 绪论 |
1.1 课题背景 |
1.2 复合材料叶片疲劳寿命研究现状 |
1.2.1 国外研究现状 |
1.2.2 国内研究现状 |
1.3 研究意义与目的 |
1.3.1 研究意义 |
1.3.2 研究目的 |
1.4 本文的主要研究内容 |
1.5 本文的技术路线 |
2 风力机复合材料叶片疲劳载荷谱计算 |
2.1 风力机叶片载荷分析 |
2.1.1 叶片气动载荷计算 |
2.1.2 重力载荷计算 |
2.1.3 惯性力载荷计算 |
2.2 GL标准疲劳工况简介 |
2.3 某 850KW叶片简介 |
2.4 运用GH-Bladed软件计算疲劳载荷谱 |
2.4.1 某 850kW风力机模型创建过程 |
2.4.2 疲劳载荷谱求解过程 |
2.4.3 载荷谱后处理 |
3 风力机复合材料叶片疲劳应力谱计算 |
3.1 风力机叶片建模方法简介 |
3.2 运用ANSYS软件创建叶片参数化模型 |
3.2.1 风力机叶片参数集成 |
3.2.2 风力机叶片几何模型 |
3.2.3 风力机叶片结构力学模型 |
3.3 风力机叶片模型校验 |
3.4 叶片瞬态分析获取疲劳应力谱 |
4 复合材料叶片疲劳寿命预测理论基础 |
4.1 复合材料疲劳失效分析 |
4.2 疲劳累积损伤理论 |
4.2.1 从微观或物理的角度定义损伤 |
4.2.2 从宏观或唯象的角度定义损伤 |
4.3 S-N曲线的获取 |
4.4 本章小结 |
5 某 850KW叶片疲劳寿命计算实例 |
5.1 Fe-safe软件疲劳简介 |
5.2 运用Fe-safe软件计算叶片疲劳寿命 |
5.2.1 界面介绍 |
5.2.2 某一风况疲劳分析过程 |
5.2.3 查看结果 |
5.3 疲劳寿命结果分析 |
5.4 本章小结 |
6 结论和展望 |
致谢 |
参考文献 |
附录 |
A攻读硕士学位期间参与的科研项目 |
B攻读硕士学位期间发表的论文 |
(10)风力机叶片结构分析与铺层优化(论文提纲范文)
1 叶片建模 |
2 叶片静力学分析 |
3 叶片动力学分析 |
4 叶片疲劳寿命估算 |
4.1 玻璃钢材料疲劳性能曲线 |
4.2 线性损伤累计法则 |
4.3 疲劳寿命计算 |
5 铺层优化 |
6 结语 |
四、风力机叶片载荷谱及疲劳寿命分析(论文参考文献)
- [1]考虑风速风向联合概率分布的风力机叶片疲劳寿命研究[D]. 赵琴. 新疆大学, 2021
- [2]大型风机叶片结构损伤诊断及疲劳寿命预测研究[D]. 韩桐桐. 青岛科技大学, 2021(02)
- [3]河西地区风资源环境下风力机复合材料叶片动态特性研究[D]. 刘哲言. 兰州理工大学, 2021(01)
- [4]某风力机载荷谱及关键连接件工作性能分析[D]. 刘艳. 南京理工大学, 2020(01)
- [5]基于疲劳寿命分析的风力机叶片形状设计[A]. 李晨阳,王林. 2019年中国过程系统工程年会(PSE2019)论文集, 2019
- [6]风力发电机叶根疲劳载荷及寿命分析[D]. 苏灵. 重庆交通大学, 2019(06)
- [7]基于迈因纳(Miner)法的风电机组叶片疲劳寿命预测[D]. 闫肖蒙. 华北电力大学(北京), 2019(01)
- [8]大型直驱风力发电机叶片疲劳寿命分析[D]. 米良. 太原理工大学, 2016(08)
- [9]风力机复合材料叶片疲劳寿命预测[D]. 梁河. 重庆大学, 2015(06)
- [10]风力机叶片结构分析与铺层优化[J]. 杨俊,武美萍,王称心. 新技术新工艺, 2015(03)