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风机叶片在台风中结构破坏的分析

2012-07-10 16:39
龙凰
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  到目前为止,我们得出结论,台风“杜鹃”在复杂地形区域/丘陵地带中所带来的风湍流激起了处于恰当位置的那一叶片的扭谐振是叶片损坏的决定性原因之一。另一方面,自叶片蒙皮几何结构的损坏起,叶片的空气动力学功能便随之丧失。进一步来讲,风机的运行功能也因此不复存在。同时还注意到,在风机设计过程中来自于运行态和非运行态的疲劳荷载都是至关重要的。

  为了定性地探讨,扭矩荷载下的变形,断裂和断裂的相关位置,作者特别制作了一个小比例纸制叶片,其中有一中空塑料主梁。该纸制叶片也曾于一贯流风机产生的风场之中,以探讨其振动和失效的演变(参见图6、7)。这两个实验都是概念性模拟并对此次失效分析的研究有着一定的帮助。

  5 关注与讨论

  我们知道,刚性——重量比决定叶片的固有频率,因此叶片设计的最重要的目标之一就是去避开谐振,也就是除去施予风机叶片上的极端疲劳荷载。因此在这种情形下,扭转刚度的改善应该集中在以下几个方面:

  1、主梁结构:尤其是在接近于叶根处的大面积中空和叶片上半部的刚性的处理(见图4、9)。

  2、主梁与蒙皮的粘接:包括两个方面——所采用的胶以及制作过程,如残余应力的控制等(见图8);

  3、翼后沿的粘接:粘合方式以及加工过程(见图9)。

  再次重申,本分析主要集中在风机叶片的极端荷载以及它的形成上,包括从风湍流到叶片受激谐振和它的结构失效机理。此分析并没有包括风机非工作情况下的控制方法,如偏航和停车等。

  图1:蒙皮及后缘开裂     图3:典型的鼓包隆起、开裂(Ⅱ)

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