【摘 要】
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当前，兆瓦级风力发电机已成为业界主流。随着叶片翼展和塔架高度的日益增加，导致二者的柔性增强，在随机风载的扰动与激励下，风力机的动态响应表现出强烈的耦合特征，给机组的优化设
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当前，兆瓦级风力发电机已成为业界主流。随着叶片翼展和塔架高度的日益增加，导致二者的柔性增强，在随机风载的扰动与激励下，风力机的动态响应表现出强烈的耦合特征，给机组的优化设计和运行安全带来巨大挑战。如能准确预测风力机在不同风况下的动力学响应，对于改善机组结构设计、制定有效诊断策略具有重要意义。本文以某1MW风电机组为研究对象，通过“系统建模-模态仿真-风速建模-激励求解-响应分析”的研究思路，完成了以下研究内容: (1)由于风力发电机的结构复杂、零部件众多，针对每处细节均精确建模，既无可能，也无必要。本文针对某1MW风力发电机的结构特点，采用模块化的建模思路，分别建立叶片、轮毂、塔架的弹性体模型，并采用惯性质量块对主轴与机舱结构予以简化，最终相互耦合形成机组整体的有限元模型。 (2)分别完成了单支叶片、叶轮部件、塔架结构以及风机整体的有限元模态分析，比较了零部件模型与整机模型在振型分布上的差异，并通过各部件的固有频率与工作转速之间的参数比较，初步评估了风力发电机的运行稳定性。 (3)采用谱估计方法建立了随机风速的预测模型，获得了额定风速和切出风速两种工况下的风速与风压分布曲线;根据叶轮和塔架的结构特点确定了相应的加载方案，基于模态叠加法完成了风电机组的动态响应分析。 (4)从模态振型和响应特征两个角度，探讨了耦合特性对风电机组的影响。其中，采用塔架全约束、塔架底部约束两种方式，研究塔架对叶轮动力特性的影响;此外，分别针对独立塔架和整机模型进行响应求解，研究叶轮对塔架的耦合作用。
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