1、風力機葉片是風力機系統(tǒng)的主要受載部件,隨著葉片的大型化及柔性化,其非定常氣動特性逐漸突顯出來,葉片的變形也更為復雜,同時較大的葉片變形甚至會影響到葉片的氣動特性。如何精確計算風力機葉片的動力響應,對葉片后續(xù)設計和分析具有重要的工程實際意義。本文依托廣東省自然科學基金“大型風力機柔性葉片的氣動彈性問題研究”,以5MW水平風力機為對象,結合非定常氣動理論及Timoshenko梁理論,計算了大型風力機葉片的動力響應。
　　在氣動載荷方面

2、的計算首先采用了較為精確的片條理論,考慮了風輪主軸仰角、葉片揮舞方向的傾角和風剪切作用。并進行了葉柵效應修正、葉尖損失修正、Glauert修正,隨后,在平衡尾流的基礎上分別考慮了動態(tài)入流和動態(tài)失速模型,計算得到了非定常氣動誘導因子。
　　將風力機葉片視為懸臂梁,分別引入了三種Timoshenko梁模型來描述風力機葉片的變形特征,并對Timoshenko梁退化為Euler-Bernoulli梁的情況作了詳細的闡述,推導出了各種梁模型

3、下的風力機葉片單元的等效剛度矩陣、等效質量矩陣以及等效節(jié)點載荷的具體形式或表達式。
　　在風力機葉片截面坐標系中,分別計算了平衡尾流、動態(tài)入流、動態(tài)失速三種氣動模型下的氣動載荷。并對三種模型情況下計算的載荷進行了對比,分析了三種氣動模型對氣動載荷計算的影響。
　　對所得單元等效剛度矩陣、單元等效質量矩陣以及單元載荷向量進行組集,得到最后的風力機葉片總體剛度矩陣、總體質量矩陣、總體等效載荷向量。隨后,采用Rayleigh阻尼計

4、算方法得到總體阻尼矩陣,并組建結構動力學方程,運用Newmark法對在不同的氣動模型、結模型下所得到的動力學方程進行求解。運用計算所得的動態(tài)響應結果,分析了風力機葉片橫向剪切變形和展向位移對動態(tài)響應結果的影響?？紤]了葉片變形對風力機氣動特性的影響,并作了簡單的氣動彈性分析。
　　為了計算采用非線性結構模型所得到的非線性動力學方程,介紹了Newmark法,Newmark法結合各時間步內的位移迭代法,Newton-Raphson法,得