Технологии / Техническое руководство
Формы колебаний и собственные частоты ветровых лопастей
Форма колебаний объединяет пространственный рисунок деформации с частотой при заданных условиях. Это больше, чем амплитуда колебаний одной точки. Местные направления лопасти, закрепления корня и рабочее состояние определяют интерпретацию модального описания.
Рассматривайте форму вместе с её частотой.
Две формы могут иметь близкие частоты, но разное пространственное движение. И наоборот, одна и та же названная форма может смещаться при изменении массы, закреплений или представленного вращающегося состояния.
01 / Направления
Изгиб из плоскости, в плоскости и кручение требуют системы отсчёта.
В обычном описании недеформированного ротора изгиб flapwise направлен из плоскости ротора, а edgewise лежит в ней.
В обычном описании недеформированного ротора изгиб flapwise направлен из плоскости ротора, а edgewise лежит в ней. Кручение описывает поворот вокруг направления размаха. Фактические местные оси должны учитывать представленную ориентацию и форму лопасти.
OpenFAST отличает эти степени свободы лопасти от движения башни и трансмиссии. Название формы лопасти не делает её изгибной формой башни и не определяет каждое движение в связанной собранной системе.
02 / Форма
Форма колебаний — пространственный рисунок движения.
Форма колебаний показывает относительную деформацию вдоль представленной структуры.
Форма колебаний показывает относительную деформацию вдоль представленной структуры. Изгибная форма может иметь области разной кривизны или узлы с нулевой компонентой перемещения. Одна измеренная точка не описывает весь рисунок.
Масштаб изображения часто нормируют для сравнения. Поэтому большое видимое перемещение на графике формы не является автоматически прогнозом физического прогиба, рабочей амплитуды или необходимого зазора.
03 / Частота
Масса и жёсткость совместно влияют на колебания.
Для идеальной недемпфированной модели с одной степенью свободы f = (1/2π)√(k/m).
Для идеальной недемпфированной модели с одной степенью свободы f = (1/2π)√(k/m). Гипотетические k = 200 N/m и m = 2 kg дают приблизительно 1.59 Hz. Эта модель не является физической лопастью MARSTON.
Непрерывная лопасть имеет распределённые свойства и несколько форм колебаний, поэтому одна масса и пружина не определяют весь её спектр. Иллюстрация объясняет зависимость, а не даёт модальный прогноз.
04 / Граничное условие
Закрепление корня является частью формы.
Идеальная заделка корня и корень с представленной податливостью являются разными граничными условиями.
Идеальная заделка корня и корень с представленной податливостью являются разными граничными условиями. Изменение этого условия может менять форму и частоту даже при неизменном материале лопасти.
Окружающие ступица и опора могут добавлять связи в модели сборки. Поэтому свободная деталь, идеальная изолированная консоль и установленная вращающаяся сборка представляют разные модальные задачи.
05 / Вращение
Рабочее состояние может менять модальное описание.
Вращение вводит инерционные эффекты и эффекты предварительного напряжения в подходящей модели конструкции.
Вращение вводит инерционные эффекты и эффекты предварительного напряжения в подходящей модели конструкции. Поэтому собственные частоты и формы могут отличаться от описания без вращения. Название изгибной формы из плоскости не подразумевает одну неизменную частоту при любой скорости.
Руководство по жёсткости сечения объясняет основные местные свойства. При построении связанной модальной модели их координаты и представленное состояние должны оставаться согласованными.
06 / Отклик
Формы не дают полных результатов вибрации.
Приложенная сила возбуждает формы в зависимости от своего положения, направления и частотного состава; демпфирование и начальные условия влияют на отклик.
Приложенная сила возбуждает формы в зависимости от своего положения, направления и частотного состава; демпфирование и начальные условия влияют на отклик. Одна собственная частота не определяет амплитуду резонанса или результат оценки усталости.
Здесь не заданы фактическая форма MARSTON, частота или запас. Руководство по динамике башни рассматривает отдельные границы опорной системы, не превращая это объяснение лопасти в эксплуатационный предел.
Продолжите рассмотрение с помощью руководства: Изгибная и крутильная жёсткость ветровых лопастей.
Продолжите рассмотрение с помощью руководства: Усталостные циклы ветроустановки: размах, среднее значение и подсчёт.
Продолжите рассмотрение с помощью руководства: Критическая частота вращения и вихревое движение вала ветрогенератора.
Продолжите рассмотрение динамики по следующим темам: диаграммы Кэмпбелла и пересечения с порядками ротора, модальные координаты и усечение набора форм и логарифмический декремент и допущения свободного затухания; сохраняйте допущения, указанные для каждого представления.
Общие сведения: OpenFAST: отдельные степени свободы изгиба лопасти · OpenStax: связь массы и жёсткости идеального осциллятора · OpenFAST BeamDyn: описание распределённой структуры и вращательного движения. Эти источники объясняют отраслевые принципы и отличаются от применимых документов продукции и проектов MARSTON.
Ключевые понятия и условия.
Рассматривайте каждую величину с её отсчётом, единицами и условиями. Общая зависимость не устанавливает значение для конкретной модели.
| Понятие / величина | Смысл / связь | Условия / пределы |
|---|---|---|
| Изгиб из плоскости/в плоскости | Направления изгиба в заданной системе лопасти/ротора | Местная геометрия влияет на интерпретацию. |
| Крутильная форма | Распределение закручивания по размаху | Отличается от изгибного перемещения. |
| Форма колебаний | Относительная пространственная деформация | Нормированный масштаб не является фактической амплитудой отклика. |
| Собственная частота | Колебательная характеристика заданной модели | Важны масса, жёсткость и закрепления. |
| Вынужденный отклик | Движение при заданном возбуждении | Также требует возбуждения и демпфирования. |
Инженерные вопросы.
Предсказывает ли изображение формы колебаний реальный прогиб?
Само по себе нет. Масштаб может быть нормирован произвольно.
Одинаковы ли формы лопасти и башни?
Нет. Они представляют разные компоненты, хотя модель сборки может их связывать.
Определяет ли название материала собственную частоту?
Нет. Геометрия, распределение массы и закрепления также важны.
Является ли 1.59 Hz собственной частотой лопасти MARSTON?
Нет. Это значение получено из вымышленного примера массы и пружины.
Может ли вращение менять модальное состояние?
Оно может вводить инерционные эффекты и эффекты предварительного напряжения, которые должна учитывать соответствующая модель.
Определяет ли одна частота результат усталости или резонанса?
Нет. По-прежнему необходимы возбуждение, демпфирование и другие условия отклика.
Технический запрос
Обсудите технический вопрос.
Форма колебаний объединяет пространственный рисунок деформации с частотой при заданных условиях. Для инженерного обсуждения предоставьте модель и применимые сведения об эксплуатации или проектировании.