文摘

复合材料正越来越多地用于风力叶片由于其优越的力学性能,如高强度重量和stiffness-to-weight比率。介绍了振动和阻尼分析综述复合风力涡轮叶片与粘弹性阻尼处理。基于全layerwise位移有限元法理论来分析阻尼,固有频率和模态损耗因子复合壳结构。纹理角度被认为是数学建模。弯曲几何、横向剪切和正常菌株完全被认为在当前的layerwise壳模型,描绘了曲折的平面,平面外位移。弯曲的复合壳结构的频率响应函数和风力叶片进行了计算。结果表明,粘弹性层的阻尼比是发现是非常敏感的决心大小的复合结构。频率响应函数与各种阻尼层厚度。此外,固有频率、模态损耗因子和振型复合纤维增强风力叶片与粘弹性阻尼控制计算。

1。介绍

纤维增强复合材料广泛应用于先进结构应用,如航空航天和风力叶片由于高强度重量和stiffness-to-weight比率。然而,纤维增强复合材料结构通常在其运行生命动态外部负载。阻尼对粘弹性材料可以作为优秀的振动阻尼器抑制不良振动和噪声。

夹壳结构的数值分析已被许多研究人员研究了具有不同的理论和方法1- - - - - -5]。Abarcar和Cunniff6]研究层合悬臂梁的自由振动响应。霍奇斯et al。7]研究一般叠层梁的自由振动响应通过考虑不同的边界条件。Khdeir和Reddy8和阿布拉莫维奇9]研究了转动惯量和剪切变形的影响,三明治层合壳结构。爱(10)开发了一个二维数学模型,用于确定薄板的应力和变形受到力和时刻。相对应的固有频率向前和向后旋转叠层圆柱薄壳模式通过使用四种常见薄壳理论是由林和阿来11]。

阻尼是动态设计的一个重要因素影响明显的振动和噪声水平。钱德拉等人进行初步调查的阻尼分析纤维增强复合材料(12]。通常情况下,粘弹性或其它阻尼材料夹在两张硬材料缺乏足够的阻尼。即粘弹性夹层结构由一个软粘弹性层被限制在两个相同的弹性和硬层。由于其高水平的能量耗散,粘弹性层提供了发挥阻尼作用,提高结构的动态响应(13]。Yu和黄14]推导出运动方程的三层和薄圆板粘弹性层基于经典薄壳理论。固有频率和模态损耗因子与粘弹性三层环形板的核心研究了小王和陈15),使用复杂的模量的概念。

风力发电机的风力发电系统最重要的部分占超过23%的总设计海岸。几何大挠度的振动特性和稳定性影响空气弹性复合风力涡轮机。因此,调查组合风叶片的振动与阻尼特性是非常重要的。在这项研究中,振动与阻尼特性的复合纤维增强风力叶片与粘弹性阻尼控制使用有限元法进行了研究。弯曲的复合壳结构的频率响应函数和风力叶片阻尼计算进行调查和结构的模态特性。

2。有限元建模

图1显示了纤维增强柱的几何结构与粘弹性阻尼复合壳层,在那里 900年和 玻璃纤维层和850 粘弹性阻尼层在哪里 −45度一致连续纤维, 45度一致连续纤维 0度一致连续纤维。基于完整的layerwise壳理论,位移字段( , , )在圆柱坐标系统可以包含分段插值函数表达的厚度 方向和有限元形状函数如下16,17]: 在哪里 是线性插值函数。


图1
几何结构纤维增强圆柱形复合壳粘弹性阻尼层通过考虑纹理角度。

压力和紧张之间的线性本构方程对材料粘弹性正交各向异性材料可以写坐标 如图所示如下: 在哪里 在哪里 和 。

获得复合材料圆柱壳的运动控制方程与粘弹性阻尼层可以得到以下方程(17]: 最后,频率响应函数可以表示为如下形式: 在哪里 模态位移和吗 外部的大小是谐波激励力量。

3所示。结果和讨论

进行有限元分析圆柱复合壳,nine-node 9×9的网格被用于组合圆柱壳结构。表1显示了纤维材料的材料特性和粘弹性阻尼材料和表2显示了复合壳结构和叶片的纹理类型。面板的大小 米, m, rad。提出的输出功率风力叶片10 kW风力叶片的总长度是3.7米。

表1
材料属性。 
表2
纹理类型的悬臂壳结构和叶片。

粘弹性阻尼层的阻尼比和厚度的重要参数是控制结构振动的大小。图2显示板的频率响应与不同阻尼比的粘弹性层的数值分析。的振幅峰值显著减少与增加粘弹性阻尼比的层。结果表明,粘弹性阻尼层可以有效地减少三明治的前六个模式振动复合面板中,它可以作为一个方法获得重量轻等多功能的好处。图3显示了频率响应函数复合面板与不同厚度粘弹性层的数值分析。的振幅峰值表明一定数量随粘弹性层厚度的增加而降低。表3显示了固有频率和模态损耗因子的比较复合层合悬臂壳结构与粘弹性阻尼层的不同阻尼因子。模态损耗因子 阻尼因子的增加而增加 在相同的模式。但是,固有频率与各种阻尼因素几乎没有变化。图4显示前6模式形状的纤维增强复合面板圆柱粘弹性层的阻尼比的变化。模式的形状与各种阻尼比没有区别。图5显示了频率响应函数的纤维增强复合材料风电叶片粘弹性层的阻尼比的变化。结果表明,随着粘弹性层的阻尼比增加,阻尼增加。图6显示了频率响应函数的纤维增强复合材料风电叶片阻尼层厚度的变化。峰值的大小随厚度的增加而降低,频率减少发生在更高的模式。此外,由于弯曲扭转效应的第三模式显示非常低的价值。

表3
比较固有频率和损耗因子的复合材料层合悬臂壳结构。

图2
频率响应函数的纤维增强复合面板圆柱阻尼比的变化 粘弹性层。

图3
频率响应函数的纤维增强复合面板圆柱阻尼层厚度的变化。

图4
模式形状的纤维增强复合面板圆柱阻尼比的变化 粘弹性层。

图5
频率响应函数的纤维增强复合材料风电叶片阻尼比的变化 粘弹性层( 毫米)。

图6
频率响应函数的纤维增强复合材料风电叶片阻尼层厚度的变化( )。

图7显示前6模式形状的纤维增强圆柱组合风叶片与粘弹性阻尼处理阻尼比为0.2。模式3是一个弯扭耦合模式和其他模式形状的弯曲模式。

(一)
(一)
(b)
(b)
(c)
(c)
(d)
(d)
(e)
(e)
(f)
(f)
图7
模式形状的纤维增强复合材料风电叶片阻尼比为0.2。

4所示。结论

摘要纤维增强复合风力涡轮叶片的振动特性与粘弹性阻尼治疗使用layerwise理论和有限元方法研究了。频率响应函数,模式形状和模态损耗因子复合面板与粘弹性阻尼层计算。结果表明,粘弹性层的阻尼比被发现非常敏感的大小测定复合结构。的振幅峰值频率响应函数的复合风力叶片显著减少与增加粘弹性阻尼比的层。的振幅峰值表明一定是随粘弹性层厚度的增加而降低。目前的结果表明,夹粘弹性阻尼层能有效地抑制振动的复合风力涡轮机叶片。

利益冲突

作者宣称没有利益冲突有关的出版。

确认

这种材料是基于工作由浙江省自然科学基金资助下批准号LQ12E05013,研究浙江省公益性技术应用项目批准号下的中国2013 c31081,温州科技计划项目批准号下的中国H20110005。