一种快速提取风力机叶片模态特征参数的计算方法技术

本发明专利技术公开一种快速提取风力机叶片模态特征参数的计算方法，包括：输入叶片各截面几何扭角、安装角、挥舞和摆振方向抗弯刚度数据，根据来流风速确定叶片桨距角，计算叶片不同展向位置的风轮旋转平面内外抗弯刚度；插值计算不同来流风速下风轮的转速，结合各截面展向位置、截面线密度、截面叶段重心位置、风轮半径和风轮锥角数据，计算叶片各截面承受的离心力；计算各叶段单元质量矩阵和单元刚度矩阵，按照单元编号组装后得到叶片系统质量矩阵和系统刚度矩阵；基于广义Lanczos算法进行向量反迭代循环计算，得到不同转速下风力机叶片模态特征参数。该方法运算速度快，可实现不同转速下风力机叶片模态特征参数的快速提取。风力机叶片模态特征参数的快速提取。风力机叶片模态特征参数的快速提取。

【技术实现步骤摘要】
一种快速提取风力机叶片模态特征参数的计算方法


[0001]本专利技术涉及风力机叶片
具体地说是一种快速提取风力机叶片模态特征参数的计算方法。

技术介绍

[0002]随着现代风力机朝着大型、柔性化方向发展，叶片的气动弹性问题日益引起关注。叶片是风力机最重要的部件之一，准确识别其不同转速下模态特征，为叶片振动特性分析、振动故障诊断及非线性大变形预测提供数据支撑。
[0003]模态分析分为理论模态分析和实验模态分析。对于大型兆瓦级柔性叶片，其叶片长度接近甚至超过100m，通过实验获得激励和响应信号从而识别系统模态参数的方法困难重重。因此，以线性振动原理为基础的理论模态分析方法越来越重要。
[0004]通过理论模态分析方法得到风力机叶片模态特征，大多通过商业有限元软件来实现。但对于大型风力机叶片，较多采用钢板做肋梁、内填泡沫塑料外覆玻璃钢蒙皮的结构形式。复杂的结构导致真实的实体建模实现起来比较困难，而软件中自带的简化单元结构模块又不能真实反应叶片的结构特性。叶片的复杂内部结构给准确快速的计算叶片模态特征参数带来新挑战。
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【技术保护点】

【技术特征摘要】
1.一种快速提取风力机叶片模态特征参数的计算方法，其特征在于，包括如下步骤：步骤S1，输入叶片各截面几何扭角、安装角、挥舞方向抗弯刚度、摆振方向抗弯刚度数据，根据来流风速确定叶片桨距角，计算叶片不同展向位置的风轮旋转平面内抗弯刚度和风轮旋转平面外抗弯刚度；步骤S2，插值计算不同来流风速下风轮的转速，结合各截面展向位置、截面线密度、截面叶段重心位置、风轮半径和风轮锥角数据，计算叶片各截面承受的离心力；步骤S3，计算各叶段单元质量矩阵和单元刚度矩阵，并按照单元编号组装后得到叶片系统质量矩阵和系统刚度矩阵；步骤S4，基于广义Lanczos算法进行向量反迭代计算，消除掉奇异特征向量，向量正交化后得到三对角矩阵系数，模归一化处理，循环反迭代计算得到不同转速下风力机叶片模态特征参数。2.根据权利要求1所述的一种快速提取风力机叶片模态特征参数的计算方法，其特征在于，在步骤S1中：各截面风轮旋转平面外抗弯刚度为EI
X
和风轮旋转平面内抗弯刚度为EI
Y
，通用表达式为：式中，EI
E
为各截面摆振方向抗弯刚度，EI
F
为各截面挥舞方向抗弯刚度，θ
b
为各截面几何扭角、安装角和叶片桨距角之和。3.根据权利要求2所述的一种快速提取风力机叶片模态特征参数的计算方法，其特征在于，在步骤S2中，叶片各截面承受的离心力的通用表达式为：式中，F
zc
为各截面承受的离心力，r
i
为第i个截面展向位置，为截面的线密度，r
c
为各截面叶段重心位置，Ω为风轮的转速，β0为风轮锥角，R为风轮半径，各截面叶段重心位置r
c
为：式中，n为叶片截面总数，为第i个截面的线密度。4.根据权利要求3所述的一种快速提取风力机叶片模态特征参数的计算方法，其特征在于，在步骤S4中：叶片单元考虑剪切变形和离心刚化现象；单元刚度矩阵K
e
为：
式中，EI为叶片各截面风轮旋转平面内外抗弯刚度，a为各叶段剪切变形，l为各叶段长度；各叶段剪切变形a为：式中，G为叶片剪切弹性模量，A为截面面积；单元质量矩阵M
e
为然后按照单元编号组装后得到叶片系统质量矩阵M和系统刚度矩阵K。5.根据权利要求4所述的一种快速提取风力机叶片模态特征参...

【专利技术属性】
技术研发人员：李治国，张雅静，高志鹰，张立茹，汪建文，
申请(专利权)人：内蒙古工业大学，
类型：发明
国别省市：