توسعه مدل آیروالاستیسیته پره کامپوزیتی و تحلیل اثر چرخش و افزایش طول بر فرکانس‌های طبیعی

محورهای موضوعی : تحلیل دینامیکی

رضا اثباتی لواسانی ¹ (دانشگاه تهران، دانشکده علوم و فنون نوین)
شاهرخ شمس ² (دانشگاه تهران)

تاریخ دریافت : 1398/08/22 تاریخ پذیرش : 1398/12/15 تاریخ انتشار : 1399/02/10

کلید واژه: المان محدود, فرکانس طبیعی, توربین بادی, آیروالاستیسیته,

چکیده مقاله :

در این پژوهش معادلات آیروالاستیسیته خطی پره توربین بادی با روش گسسته سازی المان محدود جهت درنظر گرفتن اثر چرخش و افزایش طول بر فرکانس‌های طبیعی استخراج شده است. پره یک تیر یکسر گیردار اویلر-برنولی کامپوزیتی در نظر گرفته شده و با روش المان محدود مدل شده است. با بکارگیری روش همیلتونین معادلات حرکت را بدست آمده است. ماتریس‌های المان محدود با تعیین جابجایی گره‌ها و فرض رابطه خطی در جابجایی محوری و تابع هرمیشن در جهات عرضی و پیچشی محاسبه می‌شوند. اعتبار سنجی معادلات به صورت عددی بر روی پره با شبیه سازی سیستم معادلات و بررسی فرکانس‌های طبیعی و شکل مدها انجام شده است. همچنین اثر افزایش طول پره و چرخش پره در پره کوتاه و بلند کامپوزیتی بررسی شده است. بررسی فرکانس‌های طبیعی نشان می‌دهد فرکانس‌های اول و دوم پره‌های بلند تحت تاثیر افزایش طول و چرخش هستند. اما در فرکانس‌های بالا و همچنین در پره کوتاه اثر افزایش طول و چرخش کمتر از یک درصد است.

چکیده انگلیسی:

The linear aeroelastic equation of motion of a wind turbine blade considering the length increase and rotation terms of the blade is derived. The blade is a composite cantilever beam. The Euler-Bernoulli theory is the fundamental theory in developing the equations. Because of the compatibility of the finite element and BEM, the blade is modeled with the finite element method. Applying Hamiltonian leads to the aeroelastic equations of motion. The finite element matrices are derived by considering linear and Hermitian shape function in axial and transverse deflection, respectively. We consider the linear equation of motion with length increase term. Simulation and analyzing the natural frequency and mode shapes validate the equations of motion. Besides, the effects of the length increase of the blade and rotation of blade on both short and long composite blades are investigated. Analysis of natural frequencies implies that the first and second frequencies of long blade ore affected by length increase and rotation of the blade. However, higher modes are affected by less than one percent.