当前船舶加筋板结构设计标准基于材料强度方法,采用线性板或梁理论。这种方法忽略了板支撑结构柔性引起的垂直剪切(垂直于板表面)、膜和扭转应力分量的影响。最近使用高强度材料的趋势导致板格结构设计更加灵活,从而增加了板中的垂直剪切、膜和扭转应力分量。本报告介绍了一项研究的结果,该研究旨在确定板格结构支撑构件的刚度特性对板应力的影响。使用基于第一原理的方法开发了格栅结构尺寸,然后使用有限元技术进行了分析,以考虑格栅加强筋的灵活性并量化垂直剪切、膜和扭转应力分量的影响。
本文参考改进的耦合应力理论和欧拉-伯努利梁理论,研究了带有可移动附着质量的微梁的自由横向振动响应。这是一个适用于生物和生物医学应用的良好模型,有利于早期诊断人体器官和酶的疾病和功能障碍。微悬臂梁由功能梯度材料 (FGM) 组成。材料特性应该显示与定律幂一致的梁厚度变化。采用瑞利-里兹法探索前三种振动模式的固有频率。为了证明所提方法的准确性,建立了结果并将其与技术文献并列。考虑了捕捉尺寸依赖性的材料长度尺度参数、梁质量与附着质量质量之比以及梯度材料的功率指数对系统振动行为的影响。本技术研究指出了材料级配以及附着质量的惯性在生物微系统动态行为中的重要性。因此,采用合适的功率指数、质量比和附着质量的位置可以设计出更优的生物微系统,以进行早期诊断。
对于工业并行机器人的加工过程,移动平台和链接产生的重力将导致工具头预期的加工轨迹的偏差。为了评估此偏差并绕过它,有必要执行机器人刚度模型。但是,在先前的刚度分析中很少考虑重力的影响。考虑到链接/关节合规性,移动平台/链路重力以及每个链接的质量中心位置,本文为工业并行机器人提供了一种有效的刚度建模方法。首先,与每个组件相对应的外部重力由重力和质量中心位置的影响下的静态模型确定。然后,通过运动学模型获得了每个组件的相应Jacobian矩阵。随后,通过悬臂梁理论和基于FEA的虚拟实验获得了每个组件的遵从性。依次确定整个平行机器人的刚度模型,并在几个位置计算平行机器人的笛卡尔刚度矩阵。此外,可以预测工具头在每个方向上的主要刚度分布。最后,通过比较计算出的刚度和在相同条件下测量的刚度的比较来证明具有重力的刚度模型的有效性。
确定施加载荷的位置点,以避免航空航天应用中使用的薄截面发生扭曲。 理解区分曲梁中中性轴和质心轴的概念。 理解为分析受扭转的非圆形杆而开发的类比模型,以及分析滚动体之间产生的应力和三维物体中的应力。 UNIT-I:应力分析:点的应力状态、任意平面上的应力分量、主应力、应力不变量、莫尔圆、最大剪切平面、八面体应力、平面应力状态、平衡微分方程、边界条件。应变分析:点附近的变形、点的应变状态、剪应变分量的解释、应变和主应变的变换、兼容条件。平面应变状态。线性应力-应变-温度关系:内能密度和互补内能密度。各向异性、正交各向异性和各向同性弹性的胡克定律。各向同性材料的热弹性方程 UNIT-II 剪切中心:轴对称和非对称截面的弯曲轴和剪切中心-剪切中心。薄壁截面的剪切应力、箱梁的剪切中心非对称弯曲:非对称弯曲梁的弯曲应力、非对称弯曲导致的直梁挠度。 UNIT-III:曲梁理论:温克勒-巴赫周向应力公式 – 局限性 – 校正系数 – 曲梁的径向应力 – 闭环承受集中和均匀载荷 – 链环中的应力。第四单元:扭转:线性弹性解,一般棱柱形杆——实心截面,如圆形、椭圆形、三角形和矩形,普朗特弹性膜(皂膜)类比;窄矩形截面,空心薄壁扭转构件,多连通截面。第五单元:接触应力:介绍,确定接触应力的问题,接触应力解所基于的假设;主应力表达式;计算接触应力的方法,点接触物体的挠度;两个物体在窄矩形区域接触的应力(线接触)垂直于面积的载荷,两个物体线接触的应力,垂直于和切向于接触面积的载荷。
确定施加载荷的位置点,以避免在航空航天应用中使用的薄层中扭曲。了解弯曲梁中中性轴和中心轴的区分的概念。理解用于分析经受扭转的非圆形条开发的类比模型,并分析滚动体和三维体中压力之间产生的应力。单位– I:剪切中心:弯曲轴和剪切中心的公理对称和不对称切片。不对称的弯曲:经受非对称弯曲的梁中的弯曲应力,由于非对称弯曲而导致的直束的挠度。单位– II:弯曲梁理论:绕线应力的Winkler Bach公式 - 局限性 - 校正因子 - 弯曲梁中的宽度应力 - 闭合环,受到链接链路中的浓缩和均匀载荷应力。单位– III:扭转:线性弹性溶液prandtl弹性膜(肥皂膜)类比;狭窄的矩形横截面,空心的薄壁扭转构件,倍数连接的横截面。单元– IV:接触应力:简介,确定接触应力的问题,基于接触应力的解决方案的假设;主压力的表达;计算接触应力的方法,体接触中的身体挠度;在狭窄的矩形区域(线接触)上接触的两个物体的应力(线接触)正常为面积,两个物体接触的应力,正常和切线与接触区域的负载。教科书:1。Boresi&Sidebottom的高级材料力学,Wiely International。2。和较好的J.N.单位– V:介绍三维问题:棱柱形杆的均匀应力拉伸,其自身的重量扭曲恒定横截面的圆形轴,板的纯弯曲。Timoschenko S.P.的弹性理论McGraw,Hill Publishers 3 Rd Edition参考书:1。材料的高级强度由Den Hortog J.P. 2。 Timoshenko的板块理论。材料的高级强度由Den Hortog J.P. 2。Timoshenko的板块理论。Timoshenko的板块理论。
能够对系统的结构性能和可靠性进行评估。与叶片振动监测相关的主要技术挑战之一源于复杂的动力学和内在的不确定性,这使得基于模拟的方法难以实现。因此,振动特性的数值研究应基于可靠、有效的气动弹性模型,该模型应能够将结构部分和气动部分耦合。前者通常用等效梁单元建模,而 WT 的典型气动建模方法包括叶片单元动量 (BEM) 理论、执行器线模型、升力面板和涡流模型以及计算流体动力学 (CFD) 方法。执行器线 6 以及升力面板和涡流模型 7 旨在提供改进的尾流建模;然而,两者都各有弱点,前者需要求解 Navier-Stokes 方程,计算量大;后者由于方法的内在奇异性而存在发散问题。8 另一方面,CFD 分析正受到广泛关注,尽管目前已发现其对于大攻角不可靠。9 此外,由于计算需求的增加,它们的适用性仍然受到限制。10 因此,BEM 理论已成为预测 WT 叶片上气动载荷的标准工业实践,这归功于它能够使用翼型气动数据提供准确且计算效率高的结果。除了上述成熟的气动模型外,还提出了各种替代方法。 Zhang 和 Huang 10 对此进行了广泛的综述研究,重点关注了不稳定性问题、复杂流入效应、结构非线性以及 CFD 和气动水弹性分析。仅就气动部分而言,Lee 等人 11 提出了使用改进的条带理论进行气动弹性分析,同时还提出了一种基于谐波平衡法的气动弹性方案,12 大大减少了计算时间,并且证明比标准 BEM 方法更为稳健。13 通过使用三维模型进行数值研究,进一步研究了结冰对叶片气动行为的影响。一类更复杂的方法是基于 CFD 的分析,9,14 事实证明,这种方法与标准工业工具(如疲劳、空气动力学、结构和湍流 (FAST))具有合理的一致性。对于结构模型,除了标准方法(包括等效梁的构造)之外,还提出了其他方法,15包括可以适应大型叶片中遇到的大多数特征的薄壁梁模型 16,例如任意层压板铺层和剪切变形,以及考虑动态载荷引起的渐进损坏的模型,17 等等。最后,Peeters 等人 18 对叶片的壳和固体有限元 (FE) 模型之间的静态行为进行了有趣的比较研究。工业应用中的大部分标准实践都包含在许多可用的气动弹性软件中,例如水平轴风力涡轮机分析和模拟程序 (PHATAS)、19 GH-Bladed、20 ASHES、21 和 FAST。22 大多数商用模拟器都基于线性弹性模型,这些模型无法考虑大位移对响应本身和风荷载的影响。虽然这些影响对于小型叶片来说可以忽略不计,但对于大型柔性叶片来说并非如此,23 它们通常会经历显著的几何非线性。此外,随着当今风力涡轮机尺寸的增加,叶片也变得更加灵活,由几何非线性引起的耦合效应变得越来越重要。24,25 在各种内部代码 26 和气动弹性建模软件中,水平轴风力涡轮机模拟代码第二代 (HAWC2) 27 提供了为数不多的非线性商用模拟器之一,它由丹麦技术大学 (DTU) 开发,将 BEM 理论与多体公式相结合以模拟几何效应。解决风力涡轮机叶片大位移问题的另一种方法是几何精确梁理论 (GEBT),28,29 它本质上提供了变形梁几何的精确表示,这对于大型风力涡轮机来说越来越重要。然而,与典型的基于位移的 GEBT 公式解决方案相关的缺点之一是计算成本增加。通过实施混合形式公式 30 可以解决这个问题,该公式已广泛应用于飞机机翼应用。31 该公式最近才实施和验证 32,随后进一步与 BEM 理论融合,开发了 WT 叶片的非线性气动弹性模型。一类缓解计算成本增加的替代方法是使用降阶模型 33,34,这可能很好地基于非线性法向模式 (NNM) 的使用。35 一些最近的研究集中在叶片响应的耦合行为上,36-38 后者处理三维叶片模型的几何效应,使用子结构方法考虑这些效应,并通过模态导数增强。该方法被证明具有显著的计算效率,从而能够与结构监测数据耦合以供实时应用。 39 最后,如任意层压板铺层和剪切变形,以及考虑动态载荷引起的渐进损伤的模型,17 等等。最后,Peeters 等人 18 对叶片的壳和固体有限元 (FE) 模型的静态行为进行了有趣的比较研究。工业应用中的大部分标准实践都包含在许多可用的气动弹性软件中,例如水平轴风力涡轮机分析和模拟程序 (PHATAS)、19 GH-Bladed、20 ASHES、21 和 FAST。22 大多数商用模拟器都基于线性弹性模型,这些模型不能考虑大位移对响应本身或风荷载的影响。虽然这些影响对于小型叶片可以忽略不计,但对于大型和柔性叶片而言并非如此,23 它们通常会出现显着的几何非线性。此外,随着当今风力涡轮机尺寸的增大,叶片也变得更加灵活,几何非线性引起的耦合效应也变得越来越重要。24,25 在用于气动弹性建模的各种内部代码 26 和软件中,水平轴风力涡轮机模拟代码第二代 (HAWC2) 27 提供了为数不多的非线性商用模拟器之一,它由丹麦技术大学 (DTU) 开发,将 BEM 理论与多体公式相结合以模拟几何效应。解决风力涡轮机叶片大位移问题的另一种方法是几何精确梁理论 (GEBT),28,29 它本质上提供了变形梁几何的精确表示,这对于较大的风力涡轮机来说越来越重要。然而,与典型的基于位移的 GEBT 公式的解决方案相关的缺点之一是计算成本增加。通过实施混合形式公式 30 可以解决这个问题,该公式已广泛用于飞机机翼应用。 31 该公式最近才得以实施和验证 32,随后进一步与 BEM 理论融合,开发出了一种用于 WT 叶片的非线性气动弹性模型。一类替代方法是使用降阶模型,33,34 这可能很好地基于非线性正态模态 (NNM) 的使用。35 一些最近的研究集中于叶片响应的耦合行为,36-38 后者处理三维叶片模型的几何效应,使用子结构方法考虑这些效应,并通过模态导数进行增强。该方法被证明具有显著的计算效率,从而能够与结构监测数据耦合以供实时应用。39 最后,如任意层压板铺层和剪切变形,以及考虑动态载荷引起的渐进损伤的模型,17 等等。最后,Peeters 等人 18 对叶片的壳和固体有限元 (FE) 模型的静态行为进行了有趣的比较研究。工业应用中的大部分标准实践都包含在许多可用的气动弹性软件中,例如水平轴风力涡轮机分析和模拟程序 (PHATAS)、19 GH-Bladed、20 ASHES、21 和 FAST。22 大多数商用模拟器都基于线性弹性模型,这些模型不能考虑大位移对响应本身或风荷载的影响。虽然这些影响对于小型叶片可以忽略不计,但对于大型和柔性叶片而言并非如此,23 它们通常会出现显着的几何非线性。此外,随着当今风力涡轮机尺寸的增大,叶片也变得更加灵活,几何非线性引起的耦合效应也变得越来越重要。24,25 在用于气动弹性建模的各种内部代码 26 和软件中,水平轴风力涡轮机模拟代码第二代 (HAWC2) 27 提供了为数不多的非线性商用模拟器之一,它由丹麦技术大学 (DTU) 开发,将 BEM 理论与多体公式相结合以模拟几何效应。解决风力涡轮机叶片大位移问题的另一种方法是几何精确梁理论 (GEBT),28,29 它本质上提供了变形梁几何的精确表示,这对于较大的风力涡轮机来说越来越重要。然而,与典型的基于位移的 GEBT 公式的解决方案相关的缺点之一是计算成本增加。通过实施混合形式公式 30 可以解决这个问题,该公式已广泛用于飞机机翼应用。 31 该公式最近才得以实施和验证 32,随后进一步与 BEM 理论融合,开发出了一种用于 WT 叶片的非线性气动弹性模型。一类替代方法是使用降阶模型,33,34 这可能很好地基于非线性正态模态 (NNM) 的使用。35 一些最近的研究集中于叶片响应的耦合行为,36-38 后者处理三维叶片模型的几何效应,使用子结构方法考虑这些效应,并通过模态导数进行增强。该方法被证明具有显著的计算效率,从而能够与结构监测数据耦合以供实时应用。39 最后,17 等等。最后,Peeters 等人 18 对叶片的壳和固体有限元 (FE) 模型的静态行为进行了有趣的比较研究。工业应用中的大部分标准实践都包含在许多可用的气动弹性软件中,例如水平轴风力涡轮机分析和模拟程序 (PHATAS)、19 GH-Bladed、20 ASHES、21 和 FAST。22 大多数商用模拟器都基于线性弹性模型,这些模型无法考虑大位移对响应本身或风荷载的影响。虽然这些影响对于小型叶片可以忽略不计,但对于大型和柔性叶片而言并非如此,23 它们通常会出现显著的几何非线性。此外,随着当今风力涡轮机尺寸的增加,叶片也变得更加灵活,由于几何非线性引起的耦合效应变得越来越重要。 24,25 在用于气动弹性建模的各种内部代码 26 和软件中,水平轴风力涡轮机模拟代码第二代(HAWC2)27 提供了为数不多的非线性商用模拟器之一,它由丹麦技术大学 (DTU) 开发,将 BEM 理论与多体公式相结合以模拟几何效应。解决风力涡轮机叶片大位移问题的另一种方法是几何精确梁理论 (GEBT) 28,29,这对于较大的风力涡轮机来说越来越重要,它本质上提供了变形梁几何的精确表示。然而,与典型的基于位移的 GEBT 公式的解决方案相关的缺点之一是计算成本增加。通过实施混合形式公式 30 可以解决这个问题,该公式已广泛应用于飞机机翼应用。 31 该公式最近才得以实施和验证 32,随后进一步与 BEM 理论融合,开发出了一种用于 WT 叶片的非线性气动弹性模型。一类替代方法是使用降阶模型,33,34 这可能很好地基于非线性正态模态 (NNM) 的使用。35 一些最近的研究集中于叶片响应的耦合行为,36-38 后者处理三维叶片模型的几何效应,使用子结构方法考虑这些效应,并通过模态导数进行增强。该方法被证明具有显著的计算效率,从而能够与结构监测数据耦合以供实时应用。39 最后,17 等等。最后,Peeters 等人 18 对叶片的壳和固体有限元 (FE) 模型的静态行为进行了有趣的比较研究。工业应用中的大部分标准实践都包含在许多可用的气动弹性软件中,例如水平轴风力涡轮机分析和模拟程序 (PHATAS)、19 GH-Bladed、20 ASHES、21 和 FAST。22 大多数商用模拟器都基于线性弹性模型,这些模型无法考虑大位移对响应本身或风荷载的影响。虽然这些影响对于小型叶片可以忽略不计,但对于大型和柔性叶片而言并非如此,23 它们通常会出现显著的几何非线性。此外,随着当今风力涡轮机尺寸的增加,叶片也变得更加灵活,由于几何非线性引起的耦合效应变得越来越重要。 24,25 在用于气动弹性建模的各种内部代码 26 和软件中,水平轴风力涡轮机模拟代码第二代(HAWC2)27 提供了为数不多的非线性商用模拟器之一,它由丹麦技术大学 (DTU) 开发,将 BEM 理论与多体公式相结合以模拟几何效应。解决风力涡轮机叶片大位移问题的另一种方法是几何精确梁理论 (GEBT) 28,29,这对于较大的风力涡轮机来说越来越重要,它本质上提供了变形梁几何的精确表示。然而,与典型的基于位移的 GEBT 公式的解决方案相关的缺点之一是计算成本增加。通过实施混合形式公式 30 可以解决这个问题,该公式已广泛应用于飞机机翼应用。 31 该公式最近才得以实施和验证 32,随后进一步与 BEM 理论融合,开发出了一种用于 WT 叶片的非线性气动弹性模型。一类替代方法是使用降阶模型,33,34 这可能很好地基于非线性正态模态 (NNM) 的使用。35 一些最近的研究集中于叶片响应的耦合行为,36-38 后者处理三维叶片模型的几何效应,使用子结构方法考虑这些效应,并通过模态导数进行增强。该方法被证明具有显著的计算效率,从而能够与结构监测数据耦合以供实时应用。39 最后,工业应用中的大部分标准实践都包含在许多可用的气动弹性软件中,例如水平轴风力涡轮机分析和模拟程序 (PHATAS)、19 GH-Bladed、20 ASHES、21 和 FAST。22 大多数商用模拟器都基于线性弹性模型,这些模型无法考虑大位移对响应本身和风荷载的影响。虽然这些影响对于小型叶片可以忽略不计,但对于大型和柔性叶片而言并非如此,23 它们通常会经历显著的几何非线性。此外,随着当今风力涡轮机尺寸的增加,叶片也变得更加灵活,由几何非线性引起的耦合效应变得越来越重要。 24,25 在用于气动弹性建模的各种内部代码 26 和软件中,水平轴风力涡轮机模拟代码第二代(HAWC2)27 提供了为数不多的非线性商用模拟器之一,它由丹麦技术大学 (DTU) 开发,将 BEM 理论与多体公式相结合以模拟几何效应。解决风力涡轮机叶片大位移问题的另一种方法是几何精确梁理论 (GEBT) 28,29,这对于较大的风力涡轮机来说越来越重要,它本质上提供了变形梁几何的精确表示。然而,与典型的基于位移的 GEBT 公式的解决方案相关的缺点之一是计算成本增加。通过实施混合形式公式 30 可以解决这个问题,该公式已广泛应用于飞机机翼应用。 31 该公式最近才得以实施和验证 32,随后进一步与 BEM 理论融合,开发出了一种用于 WT 叶片的非线性气动弹性模型。一类替代方法是使用降阶模型,33,34 这可能很好地基于非线性正态模态 (NNM) 的使用。35 一些最近的研究集中于叶片响应的耦合行为,36-38 后者处理三维叶片模型的几何效应,使用子结构方法考虑这些效应,并通过模态导数进行增强。该方法被证明具有显著的计算效率,从而能够与结构监测数据耦合以供实时应用。39 最后,工业应用中的大部分标准实践都包含在许多可用的气动弹性软件中,例如水平轴风力涡轮机分析和模拟程序 (PHATAS)、19 GH-Bladed、20 ASHES、21 和 FAST。22 大多数商用模拟器都基于线性弹性模型,这些模型无法考虑大位移对响应本身和风荷载的影响。虽然这些影响对于小型叶片可以忽略不计,但对于大型和柔性叶片而言并非如此,23 它们通常会经历显著的几何非线性。此外,随着当今风力涡轮机尺寸的增加,叶片也变得更加灵活,由几何非线性引起的耦合效应变得越来越重要。 24,25 在用于气动弹性建模的各种内部代码 26 和软件中,水平轴风力涡轮机模拟代码第二代(HAWC2)27 提供了为数不多的非线性商用模拟器之一,它由丹麦技术大学 (DTU) 开发,将 BEM 理论与多体公式相结合以模拟几何效应。解决风力涡轮机叶片大位移问题的另一种方法是几何精确梁理论 (GEBT) 28,29,这对于较大的风力涡轮机来说越来越重要,它本质上提供了变形梁几何的精确表示。然而,与典型的基于位移的 GEBT 公式的解决方案相关的缺点之一是计算成本增加。通过实施混合形式公式 30 可以解决这个问题,该公式已广泛应用于飞机机翼应用。 31 该公式最近才得以实施和验证 32,随后进一步与 BEM 理论融合,开发出了一种用于 WT 叶片的非线性气动弹性模型。一类替代方法是使用降阶模型,33,34 这可能很好地基于非线性正态模态 (NNM) 的使用。35 一些最近的研究集中于叶片响应的耦合行为,36-38 后者处理三维叶片模型的几何效应,使用子结构方法考虑这些效应,并通过模态导数进行增强。该方法被证明具有显著的计算效率,从而能够与结构监测数据耦合以供实时应用。39 最后,大型柔性叶片则不然,23 这类叶片通常存在显著的几何非线性。此外,随着当今风力涡轮机尺寸的增加,叶片也变得更加灵活,由几何非线性引起的耦合效应变得越来越重要。24,25 在各种内部代码 26 和气动弹性建模软件中,水平轴风力涡轮机模拟代码第二代 (HAWC2) 27 提供了为数不多的非线性商用模拟器之一,它由丹麦技术大学 (DTU) 开发,将 BEM 理论与多体公式相结合以模拟几何效应。解决风力涡轮机叶片大位移问题的另一种方法是几何精确梁理论 (GEBT),28,29 它本质上提供了变形梁几何的精确表示,这对于大型风力涡轮机来说越来越重要。然而,解决典型的基于位移的 GEBT 公式的缺点之一是计算成本增加。对此问题的一种补救措施是实施混合形式公式,30 已广泛应用于飞机机翼应用。31 该公式最近才实施并得到验证 32,随后进一步与 BEM 理论融合,开发出一种用于 WT 叶片的非线性气动弹性模型。一类替代方法是使用降阶模型,33,34 这可能很好地基于非线性正态模态 (NNM) 的使用。35 一些最近的研究集中于叶片响应的耦合行为,36-38 后者处理三维叶片模型的几何效应,使用子结构方法考虑这些效应,并通过模态导数增强。该方法被证明可以实现显著的计算效率,从而能够与结构监测数据耦合以供实时应用。39 最后,大型柔性叶片则不然,23 这类叶片通常存在显著的几何非线性。此外,随着当今风力涡轮机尺寸的增加,叶片也变得更加灵活,由几何非线性引起的耦合效应变得越来越重要。24,25 在各种内部代码 26 和气动弹性建模软件中,水平轴风力涡轮机模拟代码第二代 (HAWC2) 27 提供了为数不多的非线性商用模拟器之一,它由丹麦技术大学 (DTU) 开发,将 BEM 理论与多体公式相结合以模拟几何效应。解决风力涡轮机叶片大位移问题的另一种方法是几何精确梁理论 (GEBT),28,29 它本质上提供了变形梁几何的精确表示,这对于大型风力涡轮机来说越来越重要。然而,解决典型的基于位移的 GEBT 公式的缺点之一是计算成本增加。对此问题的一种补救措施是实施混合形式公式,30 已广泛应用于飞机机翼应用。31 该公式最近才实施并得到验证 32,随后进一步与 BEM 理论融合,开发出一种用于 WT 叶片的非线性气动弹性模型。一类替代方法是使用降阶模型,33,34 这可能很好地基于非线性正态模态 (NNM) 的使用。35 一些最近的研究集中于叶片响应的耦合行为,36-38 后者处理三维叶片模型的几何效应,使用子结构方法考虑这些效应,并通过模态导数增强。该方法被证明可以实现显著的计算效率,从而能够与结构监测数据耦合以供实时应用。39 最后,然而,与典型的基于位移的 GEBT 公式解决方案相关的缺点之一是计算成本增加。通过实施混合形式公式 30 可以解决这个问题,该公式已广泛应用于飞机机翼应用。31 该公式最近才实施和验证 32,随后进一步与 BEM 理论融合,开发了 WT 叶片的非线性气动弹性模型。一类缓解计算成本增加的替代方法是使用降阶模型 33,34,这可能很好地基于非线性法向模式 (NNM) 的使用。35 一些最近的研究集中在叶片响应的耦合行为上,36-38 后者处理三维叶片模型的几何效应,使用子结构方法考虑这些效应,并通过模态导数增强。该方法被证明具有显著的计算效率,从而能够与结构监测数据耦合以供实时应用。 39 最后,然而,与典型的基于位移的 GEBT 公式解决方案相关的缺点之一是计算成本增加。通过实施混合形式公式 30 可以解决这个问题,该公式已广泛应用于飞机机翼应用。31 该公式最近才实施和验证 32,随后进一步与 BEM 理论融合,开发了 WT 叶片的非线性气动弹性模型。一类缓解计算成本增加的替代方法是使用降阶模型 33,34,这可能很好地基于非线性法向模式 (NNM) 的使用。35 一些最近的研究集中在叶片响应的耦合行为上,36-38 后者处理三维叶片模型的几何效应,使用子结构方法考虑这些效应,并通过模态导数增强。该方法被证明具有显著的计算效率,从而能够与结构监测数据耦合以供实时应用。 39 最后,
能够对系统的结构性能和可靠性进行评估。与叶片振动监测相关的主要技术挑战之一源于复杂的动力学和内在的不确定性,这使得基于模拟的方法难以实现。因此,振动特性的数值研究应基于可靠且有效的气动弹性模型,该模型应能够将结构和气动部分耦合在一起。前者通常用等效梁单元建模,而 WT 的典型气动建模方法包括叶片单元动量 (BEM) 理论、执行器线模型、升力板和涡流模型以及计算流体动力学 (CFD) 方法。执行器线 6 以及升力板和涡流模型 7 旨在提供改进的尾流建模;然而,它们都各有弱点,前者由于需要求解 Navier-Stokes 方程而计算量大,而后者由于方法的内在奇异性而存在发散问题。8 另一方面,CFD 分析受到了广泛关注,尽管目前显示它对于大攻角不可靠。9 此外,它们的适用性仍然受到计算需求增加的限制。10 因此,BEM 理论已成为预测 WT 叶片上气动载荷的标准工业实践,这归功于它能够使用翼型气动数据提供准确且计算效率高的结果。除了上述成熟的气动模型外,还提出了各种替代方法。Zhang 和 Huang 10 对此进行了广泛的综述研究,重点关注不稳定性问题、复杂的流入效应、结构非线性以及 CFD 和气动水弹性分析。仅就气动部分而言,Lee 等人提出了使用改进的条带理论进行气动弹性分析。11 同时还提出了一种基于谐波平衡法的气动弹性方案,12 显著缩短了计算时间,并且比标准 BEM 方法更为稳健。通过使用三维模型进行数值研究,进一步研究了冰积对叶片气动行为的影响。 13最后,Peeters 等人。39 最后,一类更复杂的方法涉及基于 CFD 的分析,9,14 事实证明,这些方法与标准工业工具(例如疲劳、空气动力学、结构和湍流 (FAST))具有合理的一致性。关于结构模型,还提出了超出标准方法(包括等效梁的构造)15 的方法,包括薄壁梁模型 16 ,它可以适应大型叶片中遇到的大多数特征,例如任意层压板铺层和剪切变形,以及考虑动态载荷引起的渐进损坏的模型,17 等等。18 对叶片的壳和固体有限元 (FE) 模型之间的静态行为进行了有趣的比较研究。工业应用中的大部分标准实践都包含在大量可用的气动弹性软件中,例如水平轴风力涡轮机分析和模拟程序 (PHATAS)、19 GH-Bladed、20 ASHES、21 和 FAST。22 大多数商用模拟器都基于线性弹性模型,这些模型无法考虑大位移对响应本身或风荷载的影响。虽然这些影响对于小型叶片可以忽略不计,但对于大型柔性叶片则并非如此,23 它们通常会经历显著的几何非线性。此外,随着当今风力涡轮机尺寸的增加,叶片也变得更加灵活,由于几何非线性而产生的耦合效应变得越来越重要。24,25 在用于气动弹性建模的各种内部代码 26 和软件中,水平轴风力涡轮机模拟代码第二代 (HAWC2) 27 提供了为数不多的非线性商业模拟器之一,它由丹麦技术大学 (DTU) 开发,将 BEM 理论与多体公式相结合以模拟几何效应。解决 WT 叶片大位移问题的另一种方法是几何精确梁理论 (GEBT),28,29 本质上提供了变形梁几何的精确表示,这对于较大的 WT 来说越来越重要。然而,与典型的基于位移的 GEBT 公式的解决方案相关的缺点之一是计算成本增加。通过实施混合形式公式 30 可以解决这个问题,该公式已广泛应用于飞机机翼应用。该方法被证明具有显著的计算效率,从而能够与结构监测数据相结合以供实时应用。31 该公式最近才得以实施和验证 32,随后进一步与 BEM 理论融合,开发出一种用于 WT 叶片的非线性气动弹性模型。一类替代方法可以减轻计算成本的增加,即使用降阶模型 33,34,这可能很好地基于非线性法向模式 (NNM) 的使用。35 一些最近的研究集中在叶片响应的耦合行为上,36-38 后者处理三维叶片模型的几何效应,使用子结构方法考虑这些效应,并通过模态导数增强。