基于流固耦合的风电机组预应力模态分析

张文文，薛惠芳

(南京工业大学，江苏 南京 211800)

0 引言

风能作为绿色环保能源，是一种普遍的、可再生的洁净能源。在能源危机日益沉重的今天已越来越受到人们的重视。风力发电机通过风轮桨叶汲取风能，转化为电能，在此过程中风力发电机组受到多种载荷的共同作用。随着我国风力发电的广泛使用，风力发电机朝着大型化方向发展，为了更好地发展我国的风力发电行业，风力机组的设计问题日益突出。大型水平轴风力发电机组顶端都安装有较大质量的机舱和风轮，在运行过程中因其顶端位移(扰度)过大，容易引起机组强烈共振[1]。在以往的风机模态分析时，往往只考虑静态条件下的模态，但是在真实状况下叶轮是运动的，离心力和气动载荷的影响会使叶轮产生拉伸变形，并且在自然风的作用下，风速、风向和风压会对风机产生动载荷，这些载荷是动态随机的，因此模态有可能与静止状况有很大不同。所以需要考虑风机流固耦合作用对塔架的模态分析影响[2]，从而判断风机固有频率是否会与叶轮旋转频率重合，或者是否避开了叶轮旋转激励频率的一定范围。

1 预应力模态分析理论基础

承受不变载荷产生应力作用下的结构可能会影响固有频率，尤其是对于那些在某一个或两个尺度上很薄的结构，因此在某些情况下执行模态分析是可能需要考虑预应力的影响。

进行预应力模态分析时首先需要进行静力结构分析，计算公式为：