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涡轮机械叶片的流固耦合数值计算方法 被引量:44
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作者 张小伟 王延荣 +1 位作者 张潇 裴伟 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第7期1622-1626,共5页
发展了一种流固弱耦合数值方法来判断涡轮机械叶片气弹稳定性.通过一种数据交换方法将计算结构动力学(CSD)的节点振动位移施加到计算流体力学(CFD)的叶片表面网格点上,CFD分析采用多层动网格技术实时更新可动域的网格点坐标,并通过有限... 发展了一种流固弱耦合数值方法来判断涡轮机械叶片气弹稳定性.通过一种数据交换方法将计算结构动力学(CSD)的节点振动位移施加到计算流体力学(CFD)的叶片表面网格点上,CFD分析采用多层动网格技术实时更新可动域的网格点坐标,并通过有限体积法求解了用k-ε湍流模型封闭的雷诺平均Navier-Stokes(RANS)方程.以NASA 67转子叶片为例,在设计状态下,对比了叶片前4阶模态下一个振动周期内的气动功及模态气动阻尼比,初步分析了叶片的气弹稳定性.计算结果表明:所发展的流固弱耦合数值方法用于判断涡轮机械叶片气弹稳定性是可行的. 展开更多
关键词 叶片 流固耦合 气弹稳定性 模态气动阻尼比 多层动网格技术
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基于CFD/CSD技术的压气机叶片流固耦合及颤振分析 被引量:17
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作者 王征 吴虎 +2 位作者 史亚锋 杨金广 蔡晋 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2011年第5期1077-1084,共8页
针对叶片故障的原因颤振问题,基于计算流体动力学/计算结构力学(CFD/CSD)耦合算法,研究了压气机典型叶片的流固耦合(FSI)问题及颤振特性.使用有限体积法求解非定常三维Navier-Stokes方程和有限元法求解三维结构体模型,在两个求解器间由... 针对叶片故障的原因颤振问题,基于计算流体动力学/计算结构力学(CFD/CSD)耦合算法,研究了压气机典型叶片的流固耦合(FSI)问题及颤振特性.使用有限体积法求解非定常三维Navier-Stokes方程和有限元法求解三维结构体模型,在两个求解器间由载荷转换、网格变形传递和同步化方法完成数据交换及求解.以高性能风扇NASA(National Aeronautics and Space Administration)Rotor 67为例,对其工况下的气弹响应进行分析,计算结果与实验数据进行对比,以确认方法的正确性和有效性.结果表明可根据循环功和平均压力分布来分析叶片的颤振机理,从而为压气机稳定性的判定提供重要依据. 展开更多
关键词 流固耦合 颤振特性 非定常 气弹响应 压气机稳定性
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前飞状态下直升机旋翼系统气弹响应及稳定性分析 被引量:16
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作者 王浩文 高正 郑兆昌 《振动工程学报》 EI CSCD 1999年第4期521-528,共8页
将铰接式直升机桨叶挥舞、摆振及变矩铰的刚性转角作为广义坐标,采用中等变形梁理论,结合有限元法,在旋转坐标系下,根据Ham ilton 原理推导出桨叶前飞状态下的非线性周期时变动力学方程。使用拟线性化方法及New m ark 数值积分技术求解... 将铰接式直升机桨叶挥舞、摆振及变矩铰的刚性转角作为广义坐标,采用中等变形梁理论,结合有限元法,在旋转坐标系下,根据Ham ilton 原理推导出桨叶前飞状态下的非线性周期时变动力学方程。使用拟线性化方法及New m ark 数值积分技术求解桨叶的气弹响应。对稳态解进行摄动,应用Floquet理论分析桨叶的气弹稳定性。 展开更多
关键词 直升机 桨叶 气弹响应 稳定性 前飞状态
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大型水平轴风轮转子/塔架耦合系统的气动弹性稳定性分析 被引量:8
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作者 窦修荣 黄珊秋 宋宪耕 《太阳能学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1997年第3期278-285,共8页
建立了大型水平轴风轮转子/塔架耦合系统的气动弹性模型,推导了转子/塔架耦合系统周期系数运动方程,给出了气动弹性稳定性分析方法。对一风力机模型进行气动弹性稳定性计算。
关键词 风轮 转子 塔架 气动弹性 稳定性 耦合系统
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某实际发动机篦齿封严装置振动特性和稳定性分析 被引量:9
5
作者 李辉 李其汉 晏砺堂 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2003年第1期130-133,共4页
篦齿式封严装置是一种非常有效的非接触密封装置,在航空燃气涡轮发动机等叶轮机械中得到广泛应用。随着航空发动机性能的提高,篦齿封严装置的振动故障问题愈发突出,颤振、声固耦合及振型协调等振动故障发生的可能性越来越大。本文针对... 篦齿式封严装置是一种非常有效的非接触密封装置,在航空燃气涡轮发动机等叶轮机械中得到广泛应用。随着航空发动机性能的提高,篦齿封严装置的振动故障问题愈发突出,颤振、声固耦合及振型协调等振动故障发生的可能性越来越大。本文针对某实际航空发动机的篦齿封严装置,对其进行了振动特性和气弹稳定性分析,有较强的工程实际意义。 展开更多
关键词 航空推进系统 航天推进系统 篦齿封严 振动 气动弹性 稳定性 阻尼
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细长弹箭气动弹性稳定性研究 被引量:7
6
作者 王良明 《兵工学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2001年第1期31-33,共3页
本文从弹箭空间摆动和弹性振动耦合的动力学模型出发 ,利用拉普拉斯变换方程对飞行弹箭的气动弹性稳定性进行了研究。在一阶振动模态情况下得到了气动弹性的静态稳定性条件 ,并根据胡尔威茨判别法 ,推导出了动态稳定性条件和确定了动态... 本文从弹箭空间摆动和弹性振动耦合的动力学模型出发 ,利用拉普拉斯变换方程对飞行弹箭的气动弹性稳定性进行了研究。在一阶振动模态情况下得到了气动弹性的静态稳定性条件 ,并根据胡尔威茨判别法 ,推导出了动态稳定性条件和确定了动态稳定区域图的形式。 展开更多
关键词 弹箭 气动弹性稳定性 外弹道学 细长弹箭 飞行稳定性
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篦齿封严装置减振方法研究及减振装置设计 被引量:7
7
作者 李辉 李其汉 晏砺堂 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第5期591-596,共6页
本文研究了用于篦齿封严装置的干摩擦式阻尼减振器的减振原理,采用篦齿封严装置气弹稳定性分析方法,分别研究了用于篦齿封严装置的阻尼环和阻尼套筒的减振效果,并在此基础上提出了阻尼减振器的工程设计方法。研究表明,干摩擦式阻尼减振... 本文研究了用于篦齿封严装置的干摩擦式阻尼减振器的减振原理,采用篦齿封严装置气弹稳定性分析方法,分别研究了用于篦齿封严装置的阻尼环和阻尼套筒的减振效果,并在此基础上提出了阻尼减振器的工程设计方法。研究表明,干摩擦式阻尼减振器可以有效地提高篦齿封严装置的气动弹性稳定性。 展开更多
关键词 设计 篦齿封装 气动弹性 稳定性 减振 干摩擦
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无轴承旋翼/减摆器的气动弹性力学研究 被引量:9
8
作者 胡新宇 韩景龙 《中国矿业大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2008年第4期514-518,共5页
将无轴承旋翼的主桨叶、柔性梁和套管3个部分各自离散成若干梁单元,并将桨叶运动的物理坐标转换为挥舞、摆振、扭转方向的模态坐标,根据Hamilton原理建立旋翼气弹分析的动力学模型.采用Newton-Raphson迭代方法,用时间有限元法进行旋翼... 将无轴承旋翼的主桨叶、柔性梁和套管3个部分各自离散成若干梁单元,并将桨叶运动的物理坐标转换为挥舞、摆振、扭转方向的模态坐标,根据Hamilton原理建立旋翼气弹分析的动力学模型.采用Newton-Raphson迭代方法,用时间有限元法进行旋翼稳态响应的数值求解,并根据时域非线性黏弹减摆器模型,在直升机定常前飞条件下配平计算旋翼/黏弹减摆器耦合系统非线性气弹周期响应,然后基于Floquet理论进行稳定性分析,并讨论了桨叶载荷系数对旋翼稳定性的影响.结果表明:该减摆器模型能充分提高摆振阻尼,从而改善无轴承旋翼的稳定性. 展开更多
关键词 无轴承旋翼 黏弹减摆器 非线性 气动弹性 稳定性
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大型风力机系统运行模态分析研究 被引量:8
9
作者 钟灿堂 李德源 +2 位作者 汪显能 莫文威 刘雄 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2016年第6期121-126,145,共7页
针对大型风力机在风轮静止、变速转动下振动模态及变化特点,研究弹性变形、惯性及陀螺效应引起的系统各阶模态变化及对系统气弹稳定性影响。通过研究现有线性特征值分析方法,考虑大型风力机非线性特性及风轮转动所致系统时变特性,基于... 针对大型风力机在风轮静止、变速转动下振动模态及变化特点,研究弹性变形、惯性及陀螺效应引起的系统各阶模态变化及对系统气弹稳定性影响。通过研究现有线性特征值分析方法,考虑大型风力机非线性特性及风轮转动所致系统时变特性,基于多体系统动力学理论及混合多体系统HMBS(Hybrid Multi-body Systems)建模方法,结合动力学分析软件ADAMS,分析静止状态整机系统线性特征值问题;考虑构件弹性变形及风轮旋转,用刚性积分方法对系统非线性控制方程进行数值求解,通过傅里叶谱分析方法实现风轮旋转下系统运转模态识别,并讨论、分析系统前十阶模态变化及影响因素。研究结果可作为风力机系统气弹稳定性判据,为避免共振、提高系统运行效率等提供有效的解决手段及分析方法。 展开更多
关键词 风力机 超级单元 模态分析 气弹稳定性
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特征值理论在稳定性预测中的应用研究进展 被引量:5
10
作者 孙晓峰 董旭 +2 位作者 张光宇 王卓 孙大坤 《航空学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2022年第10期1-20,共20页
航空发动机三大主要部件风扇/压气机、燃烧室和涡轮的稳定工作范围直接决定了发动机整机的性能和稳定性,在追求高气动性能、高涡轮前温度和低排放的同时,主要部件的气动、气弹和燃烧稳定性问题变得尤为突出。基于经验的稳定性预估方法... 航空发动机三大主要部件风扇/压气机、燃烧室和涡轮的稳定工作范围直接决定了发动机整机的性能和稳定性,在追求高气动性能、高涡轮前温度和低排放的同时,主要部件的气动、气弹和燃烧稳定性问题变得尤为突出。基于经验的稳定性预估方法已不适用于现代航空发动机一体化的设计思想,发展快速、准确的稳定性评估方法和稳定性控制技术并将其纳入发动机设计流程具有重要的理论和工程价值。本文主要综述了基于小扰动方法和特征值理论发展的多种半解析模型的研究进展,该方法在设计阶段可以有效评估风扇/压气机气动稳定性、预测叶片颤振和主/加力燃烧室热声不稳定性,为进一步开展稳定性控制设计提供了基础,且为节约实验和数值成本,建立发动机一体化设计方法提供了可能。 展开更多
关键词 特征值理论 航空发动机 小扰动 流动稳定性 燃烧稳定性 气弹稳定性
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基于ONERA气动力模型的风力机叶片颤振时域分析 被引量:7
11
作者 林学海 任勇生 《山东科技大学学报(自然科学版)》 CAS 2009年第3期56-60,共5页
应用ONERA气动力模型对挥舞-摆动耦合风力机叶片进行颤振分析,数值分析采用NACA0012叶型的风力机叶片数据,根据数值积分得到叶片自激振动的时间响应曲线,由此容易判别在给定风速下,叶片的气动弹性稳定性。研究结果为动力失速状态下叶片... 应用ONERA气动力模型对挥舞-摆动耦合风力机叶片进行颤振分析,数值分析采用NACA0012叶型的风力机叶片数据,根据数值积分得到叶片自激振动的时间响应曲线,由此容易判别在给定风速下,叶片的气动弹性稳定性。研究结果为动力失速状态下叶片稳定性的分析与判别提供了一个可选择的途径。 展开更多
关键词 ONERA模型 气动弹性 气弹稳定性 颤振
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耦合的气动伺服弹性系统鲁棒稳定裕度估算 被引量:7
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作者 孙卫 邹丛青 《北京航空航天大学学报》 EI CAS CSCD 北大核心 1996年第3期368-373,共6页
根据多输入-多输出控制系统理论,对飞行器耦合的气动伺服弹性系统进行了稳定裕度估算.耦合是在飞行器的横滚与偏航之间产生的.以闭环系统回差矩阵的奇异值理论作为估算方法的基础,应用鲁棒稳定性的充分条件,以某飞行器为例进行估算。
关键词 气动弹性动力学 伺服系统 耦合 鲁棒性
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基于能量法的篦齿封严环气弹稳定性数值研究
13
作者 苏国征 孙丹 +2 位作者 李玉 王志 任国哲 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2024年第5期187-196,共10页
针对航空发动机篦齿封严环气弹稳定性问题,采用基于三维插值及非定常动网格技术的能量法,建立了篦齿封严环气弹稳定性数值求解模型。在验证数值方法准确性的基础上,研究了供气压力、转速和进气畸变对篦齿封严环气弹稳定性的影响,分析了... 针对航空发动机篦齿封严环气弹稳定性问题,采用基于三维插值及非定常动网格技术的能量法,建立了篦齿封严环气弹稳定性数值求解模型。在验证数值方法准确性的基础上,研究了供气压力、转速和进气畸变对篦齿封严环气弹稳定性的影响,分析了篦齿封严环气动力、气动功分布特性,揭示了进气畸变对篦齿封严环气弹稳定性的影响机理。研究表明:在本文研究中,外篦齿封严环相对于内篦齿封严环更易发生气弹失稳;随供气压力增加,外篦齿封严环气弹稳定性呈现降低趋势,当供气压力为0.55 MPa和0.7 MPa时,外篦齿封严环存在气弹失稳的风险;转速2000 r/min和4000 r/min相对于6000 r/min具有更大的气弹失稳风险。相比于360°圆周进气,90°圆周进气的外篦齿封严环气动力存在相互抵消的耦合作用,所以90°圆周进气的外篦齿封严环具有较高的气弹稳定性。篦齿封严环在发生气弹失稳时,齿腔底部做功占总气动功百分比会显著增加,故在进行结构优化时,可改变齿腔底部的结构参数以对篦齿封严环气弹稳定性进行改善。 展开更多
关键词 篦齿封严环 气弹稳定性 能量法 进气畸变 气动功
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压气机风扇叶片颤振预测和抑制的工程研究 被引量:6
14
作者 孙海 李坚 +2 位作者 杨琳 陈葆实 刘一雄 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期846-853,共8页
通过能量法对某压气机风扇试验件叶片原型方案进行气弹稳定性预测,计算出该方案的颤振边界点.对其中气弹不稳定叶片的几何造型进行修改以提高气弹稳定性.通过原型和改型方案的叶片几何造型、气动性能、振动特性以及气弹稳定性的对比,从... 通过能量法对某压气机风扇试验件叶片原型方案进行气弹稳定性预测,计算出该方案的颤振边界点.对其中气弹不稳定叶片的几何造型进行修改以提高气弹稳定性.通过原型和改型方案的叶片几何造型、气动性能、振动特性以及气弹稳定性的对比,从气动角度分析了压气机风扇叶片颤振的机理.获得了工程上抑制压气机风扇叶片颤振的有效手段,如增大叶片弦长、降低展弦比,增大叶片厚度、增强叶片刚性,减小攻角、改善流动状况. 展开更多
关键词 压气机 气弹稳定性 叶片颤振 能量法 预测和抑制
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篦齿式封严装置气动弹性稳定性研究 被引量:5
15
作者 李辉 李其汉 晏砺堂 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2002年第3期344-348,共5页
随着航空发动机对高性能、高推重比的要求 ,发动机上零部件的工作环境愈发恶劣 ,此时篦齿封严装置的稳定性问题则显得非常突出。该装置沿周向作节径型振动 ,在某些模态时 ,密封气体的气动阻尼可能为负值 ,使整个系统稳定性下降 ,甚至出... 随着航空发动机对高性能、高推重比的要求 ,发动机上零部件的工作环境愈发恶劣 ,此时篦齿封严装置的稳定性问题则显得非常突出。该装置沿周向作节径型振动 ,在某些模态时 ,密封气体的气动阻尼可能为负值 ,使整个系统稳定性下降 ,甚至出现不稳定状态。本文采用双控制体模型计算篦齿封严装置的气动刚度和气动阻尼 ,然后应用有限元软件对篦齿式封严装置的稳定性进行了分析 。 展开更多
关键词 篦齿式封严装置 气动弹性 稳定性 复特征值 航空发动机
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周向进气畸变对篦齿封严环气弹稳定性影响研究
16
作者 苏国征 孙丹 +3 位作者 王志 李玉 王文 徐梅鹏 《振动与冲击》 EI CSCD 北大核心 2024年第7期57-66,共10页
针对航空发动机篦齿封严环在周向进气畸变状态下的气弹稳定性问题,采用三维插值和非定常动网格技术,建立了基于能量法的篦齿封严环气弹稳定性求解模型,在验证求解模型准确性的基础上,研究了对称进气与非对称进气、进气畸变程度对篦齿封... 针对航空发动机篦齿封严环在周向进气畸变状态下的气弹稳定性问题,采用三维插值和非定常动网格技术,建立了基于能量法的篦齿封严环气弹稳定性求解模型,在验证求解模型准确性的基础上,研究了对称进气与非对称进气、进气畸变程度对篦齿封严环气弹稳定性的影响规律,分析了气动功在齿腔不同区域分布特性,揭示了周向进气畸变对篦齿封严环气弹稳定性影响机理。研究表明,周向进气畸变可改变气动阻尼比,对篦齿封严环气弹稳定性影响较大。非对称进气时,篦齿封严环气弹稳定性随畸变度的增加先降低后增加再降低。对称进气时,篦齿封严环气弹稳定性随畸变度的增加先增加后降低,相对于非对称进气畸变,对称进气方式对气弹稳定状态影响较小。篦齿封严环在发生气弹失稳时,周向进气畸变对气动功影响最大的区域位于首级篦齿迎风区域,是流场周向压力均匀性最差的区域,周向进气畸变的影响随相对距离增加而降低;篦齿封严环所有齿腔底部的总气动功受周向进气畸变影响较大,在进行结构设计时可改变齿腔底部尺寸、形状等,以降低周向进气畸变对篦齿封严环气弹稳定性的影响。 展开更多
关键词 篦齿封严环 气弹稳定性 周向进气畸变 气动阻尼比 能量法
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弹性模型实验技术 被引量:5
17
作者 白葵 冯明溪 《流体力学实验与测量》 CSCD 1999年第1期38-42,共5页
介绍了火箭弹性模型实验技术,包括模型对火箭的质量分布、刚度分布的模拟,模型的加工制做,激振机构的研制,支撑元件的研制以及几期实验的结果综合。
关键词 风洞实验 运载火箭 非定常流 弹性模型实验
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频率失谐对跨声速压气机气弹稳定性的影响 被引量:5
18
作者 杨晓东 侯安平 +1 位作者 李漫露 周盛 《推进技术》 EI CAS CSCD 北大核心 2015年第4期587-594,共8页
为了深入理解频率失谐对跨声速压气机气弹稳定性的影响,基于能量法建立了跨声速颤振实验转子的全周气动阻尼计算模型,数值分析了转子叶片频率交替失谐、随机失谐以及线性失谐对其气弹稳定性的影响。数值计算了该转子的气动性能,颤振... 为了深入理解频率失谐对跨声速压气机气弹稳定性的影响,基于能量法建立了跨声速颤振实验转子的全周气动阻尼计算模型,数值分析了转子叶片频率交替失谐、随机失谐以及线性失谐对其气弹稳定性的影响。数值计算了该转子的气动性能,颤振边界和叶片模态,其结果和实验数据吻合较好;研究不同模态、不同叶片间相位角条件下谐调转子的气动阻尼,结果表明叶片间相位角对叶片气动阻尼均有较大的影响,尤其在一弯模态下,叶片气动阻尼对叶片间相位角最敏感;对该转子所有叶片的平均气动阻尼而言,失谐的存在弱化了叶片间相角对叶片气动阻尼的影响,显著提高了该转子最不稳定状态的平均阻尼达到7-11倍,反之使其最稳定状态的平均阻尼降低约50%;失谐转子中不同叶片的气动阻尼表现出显著差异,其受叶片局部失谐模式及失谐量的影响较大。 展开更多
关键词 频率失谐 气弹稳定性 颤振 能量法 气动阻尼 叶片间相角
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前飞状态倾转旋翼机气弹稳定性建模 被引量:4
19
作者 薛立鹏 张呈林 《航空动力学报》 EI CAS CSCD 北大核心 2009年第2期255-261,共7页
基于刚性桨叶、刚体短舱及弹性机翼的假设,计入桨叶的变距/挥舞/摆振结构耦合及变距与万向铰的耦合,分别在惯性系下采用牛顿法和有限元法建立了旋翼和机翼的动力学方程,通过桨毂与短舱/机翼系统之间的共有自由度将动力学方程耦合起来,... 基于刚性桨叶、刚体短舱及弹性机翼的假设,计入桨叶的变距/挥舞/摆振结构耦合及变距与万向铰的耦合,分别在惯性系下采用牛顿法和有限元法建立了旋翼和机翼的动力学方程,通过桨毂与短舱/机翼系统之间的共有自由度将动力学方程耦合起来,得到了前飞状态下全铰接式倾转旋翼/短舱/机翼耦合系统气弹稳定性分析模型,气动模型采用改进的叶素-动量理论,计入了扰动引起的非定常气动力影响.通过算例验证了建模的正确性. 展开更多
关键词 倾转旋翼机 气弹稳定性 惯性系 动力学
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风力机叶片挥舞—摆振气弹稳定性分析 被引量:5
20
作者 李亮 李映辉 杨鄂川 《噪声与振动控制》 CSCD 2015年第5期30-34,共5页
根据Euler-Bernoulli梁理论和粘弹性材料的Kelvin-Voigt理论建立风力机叶片挥舞—摆振耦合非线性动力学方程。将位移视为静态位移和动态位移的叠加,进而将非线性动力学方程线性化为动态位移的线性方程,得到叶片耦合振动特征方程。使用... 根据Euler-Bernoulli梁理论和粘弹性材料的Kelvin-Voigt理论建立风力机叶片挥舞—摆振耦合非线性动力学方程。将位移视为静态位移和动态位移的叠加,进而将非线性动力学方程线性化为动态位移的线性方程,得到叶片耦合振动特征方程。使用基于加权残值的Galerkin方法求解特征方程,分析叶片气弹稳定性,讨论风速、安装角、耦合效应和材料阻尼对叶片颤振稳定性和非线性自激振动行为的影响。结果表明:摆振方向易出现不稳定振动,通过设置安装角,利用挥舞—摆振耦合可以控制不稳定振动,但当安装角太大时,挥舞—摆振耦合会引起不稳定振动。 展开更多
关键词 振动与波 风力机叶片 气弹稳定性 颤振 自激振动
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