第一作者马静敏女，博士，讲师，1978年10月生

通信作者任勇生男，博士，教授，1956年7月生

风力机叶片的自由振动特性分析

马静敏1,任勇生2

(1.山东科技大学矿业与安全工程学院, 青岛266510; 2.山东科技大学机械电子工程学院, 青岛266510)

摘要：基于综合考虑拉伸、弯曲和扭转等变形对翘曲影响的位移函数，使用扩展拉格朗日方程，建立风力发电机复合材料翼型截面叶片的自由振动微分方程，并应用伽辽金法求解三种翼型截面叶片的固有频率，进而比较它们的自由振动特性，分析复合材料的铺层角度、截面尺寸和旋转速度等对翼型叶片的自由振动特性的影响。同时综合应用大型通用有限元软件ANSYS， 三维造型软件Pro/E和前处理软件Hypermesh，计算叶片的固有频率与伽辽金法的求解结果进行对比，验证理论计算的正确性。

关键词：风力机；叶片；复合材料；固有频率

基金项目：国家自然基金项目(10872118 );山东省科技大学人才引进计划科研启动基金项目(2013RCJJ028)

收稿日期：2014-04-21修改稿收到日期：2014-07-30

中图分类号:TB123

文献标志码：A

DOI:10.13465/j.cnki.jvs.2015.17.018

Abstract:Based on displacement functions considering warpings caused by tensile, bending and torsion, using extended Lagrange equations, the vibration differential equations of composite wind turbine airfoil section blades were established, and solved with Galerkin method. The three kinds of airfoil section blades’ free vibration characteristics were compared. The influences of composite ply angle, taper ratio and rotating speed on the free vibration charateristics of the blades were analyzed. The natural frequencies of the blades were also computed with comprehensive application of large-scale general finite element software ANSYS, Pro/E and Hypermesh. The results were compared with those of Galerkin mechod to verify the correctness of the theoretical calculations.

Free vibration characteristics of wind turbine blades

MAJing-min1,RENYong-sheng2(1. College of Mining and Safety Engineering, Shandong University of Science and Technology, 266510, China;2. College of Mechanical and Electronic Engineering, Shandong University of Science and Technology, 266510, China)

Key words:wind turbine; blade; composite material; natural frequency

风力发电机叶片的作用是捕捉风能，是风力发电机的核心部件，直接影响风力发电机的发电效率。为了最有效地捕捉风能，风力发电机叶片具有复杂的气动外形，同时为了最大限度地减轻重量、增强抗疲劳性能，风力发电机叶片一般是采用纤维增强复合材料制成的空心薄壁细长柔性结构。由于复合材料的各向异性再加上空心薄壁结构的特点，在叶片的拉伸、弯曲和扭转变形之间存在着很强的弹性耦合，因此具有上述特征的叶片的动力学建模以及动力学特性分析相对于传统的各向同性实心结构叶片模型显然要复杂得多。……