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風(fēng)力發(fā)電機(jī)風(fēng)輪葉片的有限元分析
徐超 2022/12/6 21:26:59
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圖4 第十階模態(tài)
2.額定工況下葉片模態(tài)分析
在額定工況下，風(fēng)輪葉片以主軸為中心旋轉(zhuǎn)。顯然，葉片將受到離心力載荷的作用。相比于靜止?fàn)顟B(tài)，該載荷將會導(dǎo)致葉片發(fā)生變形、振動頻率改變等情況。因此，必須了解風(fēng)輪轉(zhuǎn)速對葉片的振型和頻率的作用情況。已知在額定工況時(shí)，轉(zhuǎn)速為13.35rpm，計(jì)算出十階固有頻率如表3所示。
表3 額定工況的固有頻率（Hz）
模態(tài)數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
頻率Hz 1.232 2.957 4.105 7.293 9.578 14.357 18.834 23.983 29.876 33.071
四、試驗(yàn)驗(yàn)證
在仿真計(jì)算完成之后，驗(yàn)證計(jì)算精度的高低，主要靠試驗(yàn)來完成。因此，本文擬對各階頻率進(jìn)行試驗(yàn)，具體操作過程為：
1.建立試驗(yàn)?zāi)Ｐ�。該步驟的實(shí)現(xiàn)，主要是依照相似理論，建立與原型機(jī)存在幾何相似的物理模型。在實(shí)際模型的建立中，按照4︰1的比例，建立單個(gè)葉片試驗(yàn)?zāi)Ｐ停牧先匀淮_定為玻璃鋼。
2.載荷加載。按照數(shù)值計(jì)算時(shí)，靜止工況和額定工況的載荷加載條件，同樣按照相似理論施加成比例載荷。
3.試驗(yàn)臺測試數(shù)據(jù)。通過對比各階模態(tài)下的仿真和試驗(yàn)數(shù)據(jù)，固有頻率偏差如表4～5所示。
表4 試驗(yàn)與仿真數(shù)據(jù)偏差表（靜止工況）
模態(tài)數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
試驗(yàn)頻率（Hz） 1.082 1.769 3.506 4.485 9.345 12.77 19.01 21.679 27.487 29.416
與仿真數(shù)據(jù)偏差 -1.1% -4.7% +3.1% +1.2% -2.3% +5.3% +3.3% -4.6% -2.2% -5.1%
表5 試驗(yàn)與仿真數(shù)據(jù)偏差表（額定工況）
模態(tài)數(shù) 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10
試驗(yàn)頻率（Hz） 1.172 2.883 4.060 7.687 9.319 14.903 19.380 22.736 29.398 34.262
與仿真數(shù)據(jù)偏差 -4.9% -2.5% -1.1% +5.4% -2.7% +3.8% +2.9% -5.2% -1.6% +3.6%
由表4～5可知，無論是靜止工況還是額定工況，在10階模型的固有頻率測試數(shù)據(jù)中，各階試驗(yàn)?zāi)B(tài)數(shù)據(jù)與理論仿真值的偏差均較小，最大偏差是額定工況下的第4階模態(tài)，僅有5.4%，通過查詢技術(shù)手冊可知，數(shù)值計(jì)算結(jié)果滿足要求。
結(jié)束語
通過以上分析可以確定，對該水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的模態(tài)仿真結(jié)果是比較準(zhǔn)確的。通過分析仿真結(jié)果，判斷出計(jì)算頻率與葉片的理論頻率之間的誤差很小，從而驗(yàn)證了采用該方法進(jìn)行有限元仿真計(jì)算的合理性。
參考文獻(xiàn)：
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作者簡介：徐超（1978.11.25），男，江蘇淮安人，講師，研究方向：機(jī)械制造。
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