风力机叶片载荷谱及疲劳寿命分析
１２０工程力学
（ａ）挥舞力矩（ｂ）摆振力矩（ｃ）扭转力矩
图１１２ｍ／ｓ风速下叶片根端气动力矩
Ｆｉｇ．１Ｔｈｅａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｍｏｍｅｎｔｓａｔｔｈｅｂｌａｄｅｒｏｏｔｉｎ１２ｒｒｄｓｗｉｎｄｓｐｅｅｄ
表１各风速下叶根的气动力矩
Ｔａｂｌｅ１Ａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｓｍｏｍｅｎｔｓｏｆｔｈｅｂｌａｄｅｒｏｏｔｉｎｖａｒｉｏｕｓｗｉｎｄｓｐｅｅｄ
风速ｍ／ｓ５７９ｌｌ１３１５１７１９２１２３２５挥舞力矩均值一３６１．０—６８７．０．１１３０．一１４２０．一１０９０．一８３９．０．６８０．一５６１．０．４６７．一３８８．０—３２２．ｋＮ．ｍ幅值７２．２１３７．４２２６．０２８４．０２１８．０１６７．８１３６．０１１２．２９３．４７７．６６４．４摆振力矩均值３８．５７８．６１３０．０２２３．０２５５．０２５４．０２５３．０２５１．０２５０．０２４９．０２４７．ＯｋＮ．ｍ幅值９．６２５１９．６５３２．５５５．７５６３．７５６３．５６３．２５６２．７５６２．５６２．２５６１．７５扭转力矩均值一０．１７３—０．２０３—０．３２７Ｏ．６２ｌ一０．０９２—０．４９．０．５８９．０．６１１－０．５９５．０．５５６—０．４９７ｋＮ．ｍ幅值Ｏ．００７０．００８０．０１３０．０２５Ｏ．００４０．０２００．０２４０．０２４Ｏ．０２４０．０２２０．０２０
２．２风速分布
在考察叶片疲劳损伤累积时，需要计算各种风
速下气动载荷及其工作循环数。采用Ｗｅｉｂｕｌｌ分布函数来描述风速分布情况。其风速概率密度函数和
累积分布函数分别为
ｆ（ｖ）２的Ｋ－１ｅｘｐ［＿（∞
㈣Ｆ（Ｖ）＝１一ｅｘｐ［一（亡）“］
把整个工作风速分成若干段，则某～风速段的全年累计小时数为
１１，．＋４
Ｉ＝８７６０Ｆ（ｖ）Ｉ‘．（７）
ＩＶｉ一口
４为风速区段宽度。表４中列出了根据广东省南澳风电场风速分布函数求得的风速全年分布小时数，其中，尺度参数ｃ＝９．２ｍ／ｓ，形状参数Ｋ＝２．０。
３叶片动力响应分析
进行准确的叶片疲劳寿命估计，需要在计算出各风速下叶片所受气动和机械载荷后，分析叶片在这些载荷作用下的动应力响应，同时考虑叶片旋转带来的动力刚化对叶片固有频率的影响。动力分析采用有限单元方法进行，分析软件采用有限元分析软件ＡＮＳＹＳ５．７一Ｊ。
３．１叶片有限元模型的建立
由于风力机叶片形状的复杂性，采用汕头大学能源所“ＢｌａｄｅＤｅｓｉｇｎｆｏｒＷｉｎｄｏｗｓ”ＣＡＤ软件中的叶片结构分析模块对于叶片进行建模和前处理【ｌ们。所建立的叶片实体模型文件生成为ＩＧＥＳ格式，以便于ＡＮＳＹＳ读取。有限元网格的划分，针对叶片自身形状和玻璃钢材料的特点，采用三维ｂｒｉｃｋ（立方体）单元，运用ＡＮＳＹＳ的ＭＥＳＨＩＮＧ功能，生成的１．５Ｍｗ叶片网格如图２示。
图２叶片有限单元网格图
Ｆｉｇ．２
ＴｈｅＦＥｍｅｓｈｏｆｔｈｅ
ｂｌａｄｅ
风力机叶片载荷谱及疲劳寿命分析
作者：李德源， 叶枝全， 陈严， 包能胜
作者单位：汕头大学能源所,汕头,515063
刊名：
工程力学
英文刊名：ENGINEERING MECHANICS
年，卷(期)：2004,21(6)
被引用次数：26次
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