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大型风力机叶片气动弹性稳定性分析及软件开发

热度0票  浏览624次 时间:2010年5月25日 04:33

研究内容

   1) 大型风力机多自由度叶片/叶型的结构建模和运动方程分析;

   2)各类气动力模型,及非线性气动方程的线性化问题;

  

 

 3)基于特征值分析的稳定性研究方法,分析挥舞、摆动,和扭转的特征值随风速、攻角、阻尼比等参数的变化情况,从而确定稳定性和颤振问题;

   4)基于变分渐进法的复合材料薄壁梁的CAS刚度问题及运动方程;

   5)弯曲扭转运动的特征值分析问题,以及Matlab下不同特征值分析方法的特性和适用范围;

   6)基于固定端(一端自由)和回转体系统的弯弯耦合、弯扭耦合问题;

   7)不同解耦方法的研究;

   8)无气动力的基于固定端(一端自由)和回转体系统的自由振动问题;

   9Matlab下的上述方法的实现问题,以及GUI(用户界面)设计问题;

   10)基于MatlabVC++的独立应用程序的设计问题。

 

研究目标

   1) 选择最优的气动力模型;

   2)实现非线性方程的线性化问题;

   3)实现不同问题的Matlab下的特征值分析;

   4)实现弯扭及其耦合的自由振动和受迫振动的模态和振型的求解;

   5)确定最优解耦方法(如扩展伽辽金法等)。

 

拟解决的关键问题

   拟解决的关键问题是气动弹性方程的求解问题。本项目拟初步采用两条思路来求解气动弹性方程的解。

    其一,采用精确符号计算法,该方法精确性高,但计算极其复杂,对计算方法和仿真的软硬件手段要求很高,而且运算时间长,在实时测试中有局限性,但从理论上将,可以作为近似求解法的结论正确性的验证对比方法。其二是近似解法,其具体过程详细阐述如下。

求解气动弹性方程的近似解法包含两个分析步骤:

    第一步是离散化过程(拟采用Extended Galerkin方法),即用具有一定数目的自由度的等价系统来代替具有无限多自由度的弹性连续介质。于是,连续结构的方程转变为方程组,对于气动弹性静力学问题,这个方程组是代数方程;对于气动弹性动力学问题,这个方程组是以时间和位移作为变量的耦合微分方程。

第二步是对这个方程组进行数值求解。

    对于具有外界扰动力的气动弹性动响应问题,基本上可以分为两类:即扰动力是简谐的还是随时间任意变化的。第一种情况导致非齐次代数方程组,在线性条件下所有变量都可用复常数与指数函数的乘积来表示。这时,气动力系数通常是折合频率的复杂函数。在气动弹性的强迫振动问题中,这个复数代数方程的

解可用强迫振动的振幅、导纳函数或传递函数表示,也可利用常规的矩阵理论得到。对于具有非简谐激励和衰减过程的气动弹性动力响应问题, 其数值解拟利用Laplace变换或Fourier积分法求得。

    气动弹性力学的特征值问题拟采用复数Jacobi[29]求解,此方法最初是用来计算实对称特征值问题的,其优点是它对几乎所有的、甚至全部的特征值以及零解都不敏感。另外,它可在一次计算过程中求出所有特征值及其特征向量,这正是气动弹性动稳定性问题所要求的。 

研究方案

    基于变分分析的复合材料CAS刚度薄壁梁结构的大型风力机,在转子回转运动形式下,基于最优化气动力模型作用下的,系统的自由振动和受迫振动的气弹稳定性问题。并基于VC++Matlab实现应用程序的独立运行和发布问题。

 

TAG: 软件开发 风力 叶片 弹性稳定性 气动
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