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风能是目前最有开发利用前景的一种可再生能源。风能利用的主要方式之一是风力发电,然而风力发电机系统的工作环境很复杂,其动态气动弹性问题涉及随机动态气动力与结构动力响应之间的相互作用,是一个含大气边界层湍流风场、风轮动态空气动力学、叶片及机组结构动力学的多学科交叉问题。本文结合风力机运行特点,应用现代模态分析理论和有限元分析相结合的方法,研究了600W离网型风力机零部件静动态特性及与塔架的耦合方法。论文主要包括以下几个方面的内容: (1)分析了水平轴风力机气动特性,并使用最为广泛的片条理论,更加准确的计算风力机叶片的空气动力荷载,为风力机结构动力学分析提供计算基础。 (2)基于多点加载法测试夹芯复合材料离网型风力机叶片的静态结构特性,将所得数据用来综合评定叶片刚度及强度,以检验风轮叶片结构设计的合理性。 (3)结合试验进行相应的数值模拟,建立叶片有限元模型,应用于风机叶片不同工况下、任意截面处的强度分析,提高了计算分析效率。 (4)研究叶片和塔架的动态特性,用矩阵分析法分析了叶片和塔架的模态和固有圆频率,以及用简单的瑞利法分析了塔架的动态特性。同时,对叶片进行有限元动态分析,得到了叶片的模态和频率,并和试验值相比较,结果基本一致。对于塔架结构,分析了不考虑机舱质量和考虑机舱质量塔架的模态和频率。 (5)通过分析风力机各部件间的运动关系,研究了风轮与塔架耦合的基本方法。然后,利用模态综合法建立风力机整机的计算模型,通过有限元分析软件对整机的固有特性进行分析研究。