风机叶片振动位移及其威布尔分布拟合方法

摘要

本发明涉及一种风机叶片振动位移及其威布尔分布拟合方法，通过计算流体动力学软件FLUENT模拟了近海风场作用下叶片表面风压分布，并把流体域得出的风压作为结构域的压力载荷在ANSYS有限元分析软件中进行加载，进而计算出不同平均风速作用下风力机叶片叶尖处的振动位移，最后利用最小二乘法对风力机叶片叶尖处的振动位移随平均风速变化的曲线进行了威布尔分布拟合，得到风机叶片振动计算方法，结果表明该拟合方法精确度高，可以作为风机叶片振动计算方法的参考，大大提高计算效率。

主权项

一种风机叶片振动位移及其威布尔分布拟合方法，其特征在于，具体包括如下步骤：1)运用Fluent和Ansys软件对风力机叶片振动位移进行求解:a)流体域计算压力载荷：首先在Fluent中将叶片模型设置为刚性结构，然后在来流入口给定风速边界条件进行流场分析，得到模型表面的风压分布，并将模型表面在各种风速边界条件下的风压分布数据记录下来，生成压力荷载数据库；b)结构域计算位移：在Ansys软件中将叶片的材料参数设置为正常，根据不同的风速条件，将荷载数据库中的风压加载到叶片模型上，然后利用有限元数值程序来计算和分析结构的振动情况，得到在不同平均风速作用下叶片叶尖处的振动位移；2)设叶尖处的振动位移w随平均风速v变化的曲线满足威布尔分布：式中：w是在不同平均风速v作用下叶尖的振动位移，v₀、w₀分别为平均风速和位移的初值；m、η为威布尔分布的形状参数和尺度参数；3)对步骤2)中公式进行简化，将化简成线性关系y＝ax+b，式中：a＝m,b＝‑mlnη,x＝ln(v₀‑v),y＝lnln(w₀/w)，再进行最小二乘法拟合，计算出a和b的值，求出威布尔分布的形状参数m和尺度参数η，得到叶尖振动位移w随平均风速v变化的曲线拟合公式为$w=0.41517\exp [-{\left(\frac{50-v}{18.4076}\right)}^{1.3137}].$