风力机叶片压电振动的主动控制研究

提出了将智能材料粘贴在叶片表面或嵌入叶片内部形成新结构的概念。本文将智能材料作为传感器和作动器,通过机电耦合抑制叶片的振动;利用有限元软件 Algor 分析在气动力作用下叶片的应力、应变;基于压电陶瓷第一压电方程,将风电叶片简化成柔性悬臂梁,建立了压电智能悬臂梁状态空间的动力学模型;针对此系统利用最优控制理论进行主动振动控制,设计了在系统低阶模态空间的振动控制器。最后通过计算机仿真得出：系统振动幅度缩小了约20%,振动时间减少了约80%,从而说明了此主动振动控制方法的有效性和可行性,对防止叶片这一弹性体发生颤振也起到一定的作用。     

拱形围带叶片组振动特性分析及实验研究

对拱形围带连接的叶片组利用模态综合方法进行了振动特性分析,并采用脉冲激励等方法对叶片组作了实际测试。分析中考虑了自由界面部件高阶截断模态的影响,而且以对接界面位移耦合叶片各部件及拱形围带。本文的工作为汽轮机拱形围带长叶片结构提供了一种有效的振动特性分析方法。     

基于混合行为博弈的多目标仿生设计方法

将多个设计目标视为不同的博弈方,通过计算设计变量对目标函数的影响因子和模糊聚类, 将设计变量集合分割为各博弈方拥有的策略空间. 对蜥蜴种群的繁衍生存机理进行仿生,将 3种蜥蜴的行为方式分别定义为利己主义、集体主义和投机主义,并赋予相应的博弈方, 各博弈方根据所仿生蜥蜴的行为特点,建立自身博弈得益函数与目标函数之间的映射关系. 各博弈方分别以自身博弈得益函数为目标,在各自的策略空间中进行单目标优化,获得本博 弈方对其余博弈方的最佳对策,所有博弈方的最佳对策形成一轮博弈的策略组合,并根据收 敛判别,通过多轮博弈,获得最终的博弈解. 以白鹤滩拱坝体型的三目标优化设计为例,设 计结果显示坝体体积方量减少了16.412万方,或2.38%; 最大主拉应力降低 了0.036MPa, 或0.31%; 整体应变能下降了0.167GJ 或4.47% 体现了基 于混合行为博弈方式的多目标仿生设计方法的有效性.     

FRP混凝土结构力学性能的实验研究

本文首次引入基于马赫—曾德(Mech—Zehnder)原理的全光纤应变传感器系统到FRP混凝土结构的力学性能研究中，通过四点弯曲试验来测量试件内部的应力应变状态，并结合电测结果进行综合分析，为进一步的理论分析和计算奠定了实验基础．     

基于鸟翼轮廓的干式气体密封仿生型槽设计

为解决目前干式气体密封存在的开启力与气膜轴向刚度不足,易出现磨损与失稳等问题,本文尝试将仿生学理念引入干式气体密封技术中,通过分析典型飞鸟的羽翼轮廓差异对其飞行状态与能力的影响,定义轮廓外形几何特征参数,运用几何重构法在现有干式气体密封的典型型槽即螺旋槽的基础上构建仿生型槽,提出新型仿生型槽干式气体密封密封.基于气体润滑理论,在建立仿生型槽干式气体密封的几何模型和端面气膜压力控制方程的基础上,采用有限差分法对仿生型槽干式气体密封进行数值模拟研究,分析了仿生型槽的主要几何结构参数对密封性能的影响规律.结果表明：相较于典型螺旋槽干式气体密封,通过合理设置仿生型槽干式气体密封的端面型槽的几何结构参数值,其开启力、气膜刚度等密封性能参数在一定范围内有所提升;干式气体密封的仿生设计具有重要的实际意义.     

基于正交试验设计的空间弯管阻尼配置优化

提出采用局部环绕阻尼层的方法对管路进行减振,并通过正交试验分析得出了最佳的阻尼配置方案.考虑弯曲成形过程中的厚度与截面形状变化,建立了空间弯管的有限元精确模型;针对粘弹性阻尼层力学特性随频率变化的特点,采用迭代法计算粘弹性结构的固有频率,依据模态应变能法,求解模态损耗因子.管路的模态试验验证了有限元模型及动力特性计算方法的正确性.最后利用L18(37)正交表对阻尼层的6个主要参数进行方差计算,详细分析了各因素对频率和损耗因子指标的影响,给出了频率改变较小情况下损耗因子最大的最佳阻尼配置.     

基于仿生人工关节的评价装置及磨损试验研究

基于仿生人工关节结构,利用连杆机构模拟关节弯曲/拉伸运动方式建立了仿生人工关节评价装置,同时对以小牛血清作为润滑介质的氧化锆-超高分子量聚乙烯(ZrO-UHMWPE)人工关节配副进行磨损性能测试.结果表明:所建立的装置不仅可以加速考察人工关节配副的磨损特性,还能够加速评价仿生关节囊的动态疲劳性能,同时实现转速、载荷以及运动角度等参数可调并具有较强可操作性; UHMWPE的磨损量与运动周期近似呈线性关系,UHMWPE的体积磨损率相对稳定,约为70～80 mm3/106周期,且具有较好的重复性与可靠性.     

龟壳结构的力学性能研究现状及展望

历经上亿年,大多数龟类爬行动物均进化出了比重轻、强度高、韧性好的防护外壳。研究这些龟壳的结构特征和材料力学行为对安全防护结构的仿生设计有着重要启示。本文分别从龟壳的宏微观多尺度结构–功能关系、静动态力学性能和仿生应用三个方面介绍了近年来国内外的研究进展及现状。基于对上述研究现状的分析,本文还进一步展望了龟壳力学性能研究未来需关注的重点,以期能够更好地促进仿龟壳结构在安全防护领域的应用。     

汽轮机动叶片的可靠性设计方法

提出了汽轮机叶片可靠性设计方法,介绍了叶片可靠性的含义和计算方法。该方法以概率论和统计学为基础,把汽轮机叶片的静应力、动应力、叶片疲劳强度、叶片安全倍率、叶片振动频率和激振力频率处理为随机变量,通过试验数据的统计分析和计算,确定有关随机变量的分布参数。使用概率设计法、应力与强度干涉模型确定汽轮机叶片疲劳强度和振动设计的可靠度。文中给出了叶片疲劳强度的动应力设计法和安全倍率设计法以及第一种调频叶片、第二种调频叶片和整圈连接叶片组的振动可靠性设计的计算公式和一些应用实例。使用这些方法,可以在设计阶段确定汽轮机叶片设计的可靠度,为汽轮机叶片的可靠性设计提供了科学的依据。     

冻土动态力学性能的实验研究

利用分离式霍布金森压杆(SHPB)对4种低温下的冻土进行了4种高应变 率的动态压缩实验. 实验结果表明：冻土不仅具有温度效应,还具有应变率效应,两种效应 反映出冻土材料的时温等效性. 另外这种时温等效性在分析冻土材料的破坏过程时还体现在 它的冻脆性和动脆性. 冻土材料动态应力应变曲线的汇聚现象和振荡现象均起源于这种冻脆 性和动脆性.     

垂直轴风机的结构受力分析及其优化

风力发电机的应力分析是保障其安全运行乃至结构设计的基础．垂直轴风机的支撑结构一般都是超静定的,主要承受风载及高速旋转引起的离心力,因此对风轮重量有严格的要求．在结构总体设计时必须先对其进行力学分析,并进行受力优化,才能进行详细的零部件设计,数值分析往往只在设计基本定型后才能进行．一些风机在大风时发生飞车事故,其原因都是因为结构受力不合理导致关键部位应力过大或强度不足所引发的．本文针对垂直轴风机叶片和支撑系统,首先对支点位置进行优化,并推导出叶片、支撑杆、斜拉索等的受力公式,为此类部件的设计提供广适性的力学方法,并对垂直轴风机的一些关键安全性问题进行讨论．     

Criterion of aerodynamic performance of large-scale offshore horizontal axis wind turbines

With the background of offshore wind energy projects, this paper studies aerodynamic performance and geometric characteristics of large capacity wind turbine rotors （1 to 10 MW）, and the main characteristic parameters such as the rated wind speed, blade tip speed, and rotor solidity. We show that the essential criterion of a high- performance wind turbine is a highest possible annual usable energy pattern factor and a smallest possible dimension, capturing the maximum wind energy and producing the maximum annual power. The influence of the above-mentioned three parameters on the pattern factor and rotor geometry of wind turbine operated in China＇s offshore meteoro- logical environment is investigated. The variation patterns of aerodynamic and geometric parameters are obtained, analyzed, and compared with each other. The present method for aerodynamic analysis and its results can form a basis for evaluating aerodynamic performance of large-scale offshore wind turbine rotors.     

Torsional rigidity of shells of revolution

In this paper, the general equations of equilibrium for axisymmetrical deformation including the torsional deformation of revolutional shells are derived. It is shown that the shearing stress distribution due to torsion is independent of other stress components including those of membrane stress and bending stress. In this paper, the torsional deformation is considered to be represented by membrane action only, and also by the combined action of bending membrane deformation. It is shown that the main contribution of torsional rigidity is that related to membrane action.     

叶片型线对离心油泵性能的影响

以65Y60型离心油泵为研究对象，研究了液体不同粘度下叶片型线对泵性能的影响。首先，利用本课题组独立开发的准三元叶片设计程序以反问题方式设计了两种型线。这两种型线叶片前半部分与原一元叶轮叶片的型线不同、后半部分与一元叶轮相同。然后在不同粘度下将三个叶轮进行性能对比实验。研究表明，叶片进口附近的型线的改变对泵性能有较大影响；适当增大叶轮后盖板流面上的叶片流体动力负荷有助于提高离心油泵输送粘油时的水力性能。     

基于DEM的推土机铲刀曲面参数化设计分析

为合理地选择推土机铲刀曲面参数,本文利用基于离散单元法(DEM)的EDEM软件模拟铲运过程．模拟中选用三种形状的石块混合物料作为被铲运介质,对三种曲率半径的圆弧面铲刀和两种形式的直线-圆弧复合式铲刀在水平铲运工作时所受的工作阻力进行了对比分析,发现不同曲面参数的铲刀在水平铲运时的工作阻力主要来自于水平前进方向,圆弧面铲刀的水平阻力随曲率半径的减小而增大,而竖直向阻力会随着曲率半径增大而由向上逐渐转变为向下;直线在上-圆弧在下复合式铲刀所受的水平阻力始终大于直线在下-圆弧在上复合式铲刀所受的水平阻力,铲刀曲面几乎不受侧向力．     

风压作用下房屋自然通风的PIV实验研究

为认识屋内流动结构和改善房屋自然通风效果,本文介绍了风压作用下大开口的房屋自然通风模型的风洞实验结果.首先通过表面压力分布测量得到了建筑物表面风压系数的分布规律,以此为依据选取合理的窗口位置.而后采用PIV粒子图像测速技术,对房屋模型内自然通风的流场进行定量测量,研究不同窗口大小和窗口位置对室内流场速度分布的影响;通过...     

Design and verification of airfoil families for large-size wind turbine blades

For the design of wind turbine blades, the use of a family of specially tailored airfoils is particularly important. The dedicated airfoils can dramatically improve the capability of capturing wind power, reduce the structural weight to save the cost of manufacturing and transportation, and lower the inertial loads as well as the loads due to gust. An overview of the world-wide wind turbine airfoil families developed since 1990's is presented, such as the S series, the DU series, the Risø series, and the FFA series. The design and wind-tunnel tests of the Northwestern Polytechnical University (NPU) airfoil family for megawatt-size wind turbines, called the NPU-WA series, are summarized. All tests for the NPU-WA series are carried out in the NF-3 low-speed wind-tunnel with a two-dimensional (2D) test section of 1.6m×0.8m and at the Reynolds number ranging from 1.6×10⁶ to 5×10⁶. The research activities for further improving the NPU-WA airfoils towards lower roughness sensitivity are also reviewed. The development of the new NPUWA series dedicated for multi-megawatt wind turbines is discussed.     

准静态一维应变实验装置的设计与验证研究

准一维应变状态测试技术对混凝土等脆性材料的力学性能研究具有重要意义,而目前准一维应变实验装置设计单一、互换性较差,所以无法实现普及。针对上述情况,本文在套管围压装置的基础上进行叠加式设计与组合式分离设计,旨在建立一套结构简单、适用性广的准静态被动围压装置。基于数值模拟方法,本文对混凝土试样在一维应变状态与套管围压作用下的力学特性进行研究,从而分析混凝土试样在套管装置下能达到一维应变状态的程度;同时,对叠加式套管与整体式套管的性能进行比较,发现叠加式套管理论上能在准一维应变实验中很好地代替整体式套管。组合式分离设计的有效性最终通过相关实验得到验证。     

不同交通流状态下桥梁气动导数的风洞试验研究

为了考虑实际运营车辆对桥梁气动导数的影响,根据车辆密度模拟了三种交通流状态,基于强迫振动装置,分别对每个交通流和无车状态下的桥梁气动导数进行风洞试验研究,讨论了不同攻角下不同车流的车辆对桥梁气动导数的影响,探究了车辆对气动导数影响的百分比以及气动导数变化量的变化规律。研究结果表明:不同攻角下不同车流的车辆均对直接导数A*2、H*4和交叉导数A*4、H*2影响显著,A*2、A*3变化量随着折减风速有一定的变化规律。虽然不同攻角下不同车流的车辆对气动导数的影响程度及影响规律不同,并且车流的繁忙程度对大多数气动导数的影响规律不明显,但是车辆对桥梁气动导数的影响不容忽略。     

流体粘度对涡轮流量计性能影响的研究

本文运用粘性流体力学原理对现有涡轮流量计理论模型进行了改进。根据新模型计算的流量计特性曲线与变粘度实验结果更为吻合,从而为工业生产中涡轮流量计测量结果的粘度修正问题提供了实用解决的方法。利用本文的研究结果还可预测仪表几何参数与来流速度分布对涡轮流量计性能的影响,作为改进仪表设计的理论依据。