大型风电叶片的固有频率计算与模态测试分析

  摘 要:本文应用瑞利法对天威叶片2MW-TW45.3的固有频率进行了计算,通过与模态测试结果进行比较,得出了瑞利法在叶片初步结构设计时计算大型风电叶片固有频率具有足够的精确度、可行性及可靠性。
  关键词:模态测试;固有频率;风电叶片
  随着我国风力发电的不断发展,风力发电机叶片的长度不断加大,内部结构更趋复杂,由于叶片工作环境的复杂性,叶片的固有振动特性对其稳定性及其动态响应有关键的意义。当风电机组在自然条件下运行时,作用在风力机叶片上的空气动力、惯性力和弹性力等交变载荷会使叶片结构产生振动,风力发电叶片的振动主要有三种振动型式:(1)挥舞振动;(2)摆振振动;(3)扭振振动。实际上作用在叶片上的载荷为动载荷,且具有交变性和随机性,当叶片的固有频率与激振力的频率相同时,就会产生共振,从而影响叶片的安全。
  一、叶片固有频率计算
  由于叶片的剖面尺寸远较叶片的长度小,故可以把叶片结构的计算模型简化为一端固定一端自由的悬臂梁进行结构动力特性分析。
  变截面叶片的自由振动方程为:
  令 ,得频率方程:
  此频率方程一般不能直接求得解答,工程上通常使用近似的方法。本文采用一种工程上常用的低阶近似计算方法