机械工程学报

作者：唐新姿, 李可翔, 何文双, 陈睿, 彭锐涛

单位：湘潭大学机械工程与力学学院 湘潭 411105

关键词：风力机叶片,结构动力学,叶素动量理论,颤振,气弹耦合；

基金：湖南省教育厅重点(23A0130);湖南省杰出青年基金(2022JJ10045)和国家自然科学基金(52375466)资助项目。

风电叶片稳定性涉及工况多、设计参数多、颤振机理复杂，给叶片设计带来巨大挑战。为探究大型风电叶片铺层设计参数与颤振特性的隐式关联性及气弹设计规律，以NREL 5MW风力机叶片为研究对象，基于复合材料层合板理论、修正叶素动量理论、欧拉梁模型和气动阻尼计算方法，计算旋转工况和停机工况叶片各主要振动模态下的气动阻尼；采用灰色关联度和Person相关系数，获得叶片铺层设计参数与颤振特性参数多元相关性图谱；基于多工况气动阻尼优化，获得铺层优化解集与设计知识，为风电长柔叶片精细化气弹设计提供方法与知识参考。结果表明，叶片颤振气动阻尼与尾缘泡沫厚度、碳纤维厚度、腹板间距、腹板泡沫厚度参数强相关；旋转工况与停机工况叶片一二阶挥舞气动阻尼呈显著负相关，而两工况一阶摆振阻尼呈显著正相关，二阶摆振阻尼无明显相关性；增大腹板间距、腹板泡沫厚度、碳纤维厚度、碳纤维角度和尾缘泡沫厚度可以获得旋转工况和停机工况各阶模态气动阻尼综合更优的叶片。

来源：2024年第20期

《机械工程学报》期刊编辑部

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