فهرست:
فهرست مطالب ......................................................................................................................................... viii
فهرست اشکال ............................................................................................................................................ xi
فهرست جداول ......................................................................................................................................... xiv
سمبلها، علائم و اندیسها ........................................................................................................... xv
چکیده........................................................................................................................................ 1
فصل اول: مقدمه ................................................................................................................... 2
1-1 پیشگفتار 2
1-2 انواع توربینهای بادی پیشرفته. 4
1-2-1 توربینهای بادی با محور عمودی. 4
1-2-2 توربینهای بادی با محور افقی.. 5
1-3 نیروگاههای بادی. 7
1-4 قدرت توربین بادی محور افقی.. 8
1-5 اجزای توربین بادی محور افقی.. 9
1-6 پره توربین بادی محور افقی.. 11
1-6-1 ایرفویل پره توربین بادی. 12
1-6-2 نیروهای روی ایرفویل.. 13
1-6-3 ساختار سازه پره توربین بادی. 14
1-6-4 سازه داخلی پره توربین بادی. 15
1-6-5 مواد پره توربین بادی. 16
1-7 نیروهای وارد بر توربین بادی محور افقی.. 18
1-7-1 نیروهای آیرودینامیکی.. 18
1-7-2 نیروهای گرانشی.. 19
1-7-3 نیروهای گریز از مرکز. 19
1-7-4 نیروهای ژیروسکوپی.. 20
1-7-5 آشفتگی باد 20
1-7-6 تغییرات پروفیل باد 21
1-8 مقدمهای بر ارتعاشات توربین بادی محور افقی.. 22
1-8-1 نیروهای تحریک و درجات آزادی ارتعاشی.. 23
1-8-2 ارتعاشات پرههای باریک توربین بادی. 25
1-9 کارت دینامیکی پره توربین بادی (نمودار کمپبل) 27
1-10 تاریخچهی کارهای انجام شده در زمینهی آنالیز دینامیکی پرهی توربین بادی. 28
1-11 کار حاضر و اهداف پروژه. 31
1-11-1 مشخصات توربین بادی مورد مطالعه. 32
1-12 محتوای فصلهای بعدی. 33
فصل دوم: تئوریهای حاکم ................................................................................................34
2-1 فرمولبندی ارتعاشات خمشی لبهای تیر چرخان. 35
2-1-1 تغییر مکان نقاط تیر. 36
2-2 تئوری تیر تیموشنکو. 37
2-2-1 ضریب اصلاح برشی.. 40
2-3 محاسبه انرژیهای جنبشی و کرنشی.. 42
2-4 اصل همیلتون. 44
2-4-1 تغییرات مجازی انرژی جنبشی.. 44
2-4-2 تغییرات مجازی انرژی کرنشی.. 45
2-4-3 تغییرات مجازی انرژی پتانسیل ناشی از بارهای اعمال شده به سیستم.. 45
2-4-4 معادلات دیفرانسیل حرکت سیستم برای حالت لبهای. 47
2-5 گسسته سازی معادلات حرکت.. 48
2-5-1 محاسبه توابع شکل.. 48
2-6 فرمولبندی ارتعاشات خمشی لبهای بر اساس تئوری تیر اویلر- برنولی.. 61
2-7 فرمولبندی ارتعاشات خمشی بالزدن تیر چرخان. 63
2-7-1 تغییر مکان نقاط تیر. 63
2-7-2 محاسبه انرژیهای جنبشی و کرنشی.. 65
2-7-3 معادلات دیفرانسیل حرکت سیستم در حالت بالزدن. 67
2-7-4 گسسته سازی معادلات حرکت.. 68
2-8 فرمولبندی ارتعاشات خمشی بالزدن بر اساس تئوری تیر اویلر- برنولی.. 72
فصل سوم: تحلیل ارتعاشات پره توربین بادی به کمک نرمافزار و استخراج پارامترهای مودال.........73
3-1 روش مدلسازی و تحلیل نرمافزاری. 74
3-1-1 روش نرمافزاری اجزا محدود 74
3-1-2 نرمافزار اجزاء محدود آباکوس... 75
3-2 فرضیات بکار رفته در استفاده از نرمافزار 75
3-3 فرایند تحلیل نرمافزاری. 76
3-3-1 مدلسازی پره توربین بادی. 76
3-3-2 تعریف خصوصیات ماده. 76
3-3-3 تعیین نوع حل.. 76
3-3-4 تعریف شرایط مرزی و بارگذاری. 77
3-3-5 مشبندی یا شبکهبندی. 78
3-4 اعتبارسنجی.. 81
3-5 نتایج تحلیل نرمافزاری پره توربین بادی. 86
3-5-1 تحلیل فرکانسی پره توربین بادی. 86
3-5-2 تحلیل فرکانسی پره توربین بادی با در نظر گرفتن سرعت دورانی روتور 87
3-5-3 مقایسه فرکانسهای طبیعی تئوریهای اویلر- برنولی و تیموشنکو. 93
3-5-4 بررسی اثر لایهچینی مواد کامپوزیتی بر روی فرکانسهای طبیعی 93
3-5-5 بررسی اثر سرعت دورانی بر روی فرکانسهای طبیعی.. 97
3-5-6 بررسی اثر ضخامت پوسته پره توربین بادی بر روی فرکانسهای طبیعی.. 98
3-5-7 بررسی اثر شعاع هاب روتور بر روی فرکانسهای طبیعی.. 99
3-5-8 بررسی پاسخ گذرای سیستم تحت یک ضربهی فشاری. 100
فصل چهارم: نتیجهگیری و پیشنهادات ................................................................................103
4-1 نتیجهگیری. 103
4-2 پیشنهادات.. 105
منبع:
1-
]1[ سید حبیب امامی العریضی، "تحلیلی بر رفتار ارتعاشی برج و سیستم انتقال قدرت توربین بادی 660 کیلووات بر اساس آنالیز مودال"، پایاننامه مقطع کارشناسیارشد، رشته مهندسی هوافضا- سازههای هوایی، دانشکده مهندسی مکانیک و هوافضا، دانشگاه صنعتی مالک اشتر اصفهان، اصفهان 1393.
]2[ علیرضا شوشتری، شیوا گروسی، "مدلسازی و بررسی اثرات پارامترهای مختلف هندسی بر فرکانسهای طبیعی پرههای توربین بادی، دومین کنفرانس سالانه انرژی پاک"، مرکز بین المللی علوم و تکنولوژی پیشرفته و علوم محیطی شهر کرمان، 22-21 تیرماه 1391.
]3[ محمد کنکرانی فراهانی، مونا عین القضاتی، عباس بحری، حمیدرضا لاری، "تحلیل فرکانسی روتور توربین بادی 2 مگاواتی ملی با استفاده از روش المان محدود"، بیست و هشتمین کنفرانس بین المللی برق تهران، 13-15 آبان 1392.
]4[ پیمان حاجحیدری، "آنالیز ارتعاشات تیرهای چرخان با ویژگیهای عملکرد درجهبندی شده"، پایاننامه مقطع کارشناسیارشد، رشته مکانیک طراحی کاربردی، دانشکده مکانیک، دانشگاه صنعتی اصفهان، اصفهان 1390.
]5[ مصطفی غیور، حشمت اله محمد خانلو، "مبانی ارتعاشات مکانیکی"، مرکز نشر دانشگاه صنعتی اصفهان، دانشگاه صنعتی اصفهان، 1382.
]6[ س. اس. رائو، مترجم بهرام پوستی، "ارتعاشات مکانیکی"، انتشارات متفکران، تهران 1386.
]7[ م. کرایگ، مترجم علیرضا انتظاری، "دینامیک"، انتشارات نوپردازان، تهران 1387.
]8[ک.کاو. آوتار، مترجم امیر پاشایی، "مکانیک مواد مرکب"، انتشارت جهاد دانشگاهی واحد اصفهان، اصفهان 1389.
]9[ محمد مهدی درویشی، یوسف طرازجمشیدی، محمد صلحی، رابعه رزمجویی، "تحلیل مکانیکی به کمک نرمافزار "Abaqus، نشر آفرنگ، تهران 1391.
]10[ محمدفرزین، سید دیباجیان، اصغر مهدیان، محمد حسینی فرید، "آشنایی و طرز کار نرمافزار ABAQUS"، انتشارات جهاد دانشگاهی واحد صنعتی اصفهان، اصفهان 1391.
[11] http://www.suna.org.ir/fa/home.
[12] A. Namiranian, "3D Simulation of a 5 MW wind turbine", Department of Mechanical Engineering, Blekinge Institute of Technology, Karlskrona, Sweden, 2011.
[13] K. Cox, A. Echtermeyer, "Structure design and analysis of a 10MW wind turbine blade", Journal of Energy Procedia 24 (2012) 194-201.
[14] S. K. Chakrapani," Investigation of ply wavainess in wind turbine blades: Experimental and numerical analysis", Iowa State University, Ames, Iowa 2011.
[15] E. Hau, "Wind turbine, Fundamentals, Technologies, Application, Economics", Third translate edition, Munich, Germany, 2013.
[16] M. E. Bechly and P. D. Clausen, "Structural design of a composite wind turbine blade using finite element analysis", Computers & Structural Vol. 63, No. 3, pp. 639-646, 1997.
[17] K. Y. Maalawi, H. M. Negm, "Optimal frequency design of wind turbine blades", Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 90 (2002) 961-986.
[18] M. Jureczko, M. Pawlak, A. Mezyk, "Optimization of wind turbine blades", Journal of Materials Processing Technology 167 (2005) 463-471.
[19] J.B. Gunda, A.P. Singh, P.S. Chabra, R. Ganguli, "Free vibration analysis of rotating tapered blades using Fourier-p super element", J. Structural Engineering and Mechanics, Vol. 27, No. 2 (2007) 000.00.
[20] J.H Park, H.Y Park, S.Y Jeong, S.H Lee, Y.H Shin, J.P Park, "Linear vibration analysis of rotating wind turbine blade", J. Current Applied Physics 10 (2010) S332-S334.
[21] W. Zhou, H. Nasser, H. Li, H. Zeng, "An experimental study of rotational effects on modal parameters of rotating wind turbine blades", Proceedings of the 8th Intemational Conference on Structure Dynamics, EURODYN 2011.
[22] Y. Li, L. Li, Q. Liu, H. Lv, "Dynamic characteristics of lag vibration of a wind turbine blade", Acta Mechanica Solida Sinica, Vol. 26, No. 6, December, 2013.
[23] http://lagerwey.com/.
[24] http://grabcad.com/.
[25] Germanischer Lloyd Industrial Sevices GmbH, "Guidlline for the certification of wind turbines", Edition 2010.
[26] T. P. Vo, J. Lee, "Free vibration of thin-walled composite box beams", Composite Structures 84 (2008) 11-20.
[27] S. Putter, H. Manor, "Natural frequencies of radial rotating beams", J. Sound Vib. 56 (1978) 175-185.
[28] D. H. Hodges and M. J. Rutkowskit, "Free vibration analysis of rotating beams by a variable-order finite element method",AIAA Journal, Vol. 19, No. 11, November 1981.
[29] H.H. Yoo, S.H. Shin, "Vibration analysis of rotating cantilever beams", J. Sound Vib. 212 (5) (1998) 807-828.
[30] H.H. Yoo, J.H. Park, "Vibration analysis of rotating pre- twisted blades", J. Comput. Struct. 79 (2001) 1811-1819.
[31] S.H. Lee, S.H. Shin, H.H. Yoo, "Flapwise bending vibration analysis of rotating composite cantilever beams", KSME Int. J. 18 (2) (2004) 240-245.
[32] G. Wang and N. M. Areley, "Free vibration analysis of rotating blades with uniform tapers", AIAA Jounal, Vol. 42, No. 12, December 2004.
[33] D.H. Choi, J.H. Park, H.H. Yoo, "Modal analysis of constrained multibody systems undergoing rotational motion", J. Sound Vib. 280 (2005) 63-76.
[34]C. Sicot, P. Devinant, S. Loyer, J. Hureau, "Rotational and turbulence effects on a wind turbine blade", Investigation of the stall mechanisms, Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamics 96 (2008) 1320-1331.
[35] J. Arrigan, V. Pakrashi, B. Basu, S. Nagarajaiah, "Control of flapwise vibration in wind turbine blades using semi-active tuned mass dampers", Struct. Control Health Monit, (2010).
[36] F. Song, Y. Ni, Z. Tan, "Optimization design, modeling and dynamic analysis for composite wind turbine blade", J. Procedia Engineering 16 (2011) 369-375.
[37] N. Tenguria, N.D. Mittal, S. Ahmed, "Modal analysis for blade of horizontal axis wind turbine", Asian Journal of Scientific Research 4 (4): 326-334, 2011.
[38] J. C. Jauregui, D. Jimenez, "Nonlinear vibration analysis of wind turbine blades", 13th World Congress in Mechanism and Machine Science, Guanajuato, Mexico, 19-25 June, 2011.
[39] M. Salthaug, "Blade dynamic response for downwind turbine", Norwegian University of Science and Technology, Department of Energy and Process Engineering, Norway, 2011.
[40] L. Li, Y.H. Li, H.W. Lv, Q.K. Liu, "Flapwise dynamic response of a wind turbine blade in super-harmonic resonance", Journal of Sound and Vibration 331 (2012) 4025-4044.
[41] J. Li, Z. Zhang, J. Chen, "Experimental study on vibration control of offshore wind turbine using a ball vibration absorber", Energy and Power Engineering, 2012, 4, 153-157.
[42] C. Faudot, O. G. Dahlhaug, "Prediction of wave loads on tidal turbine blades", Energy Procedia 20 (2012) 116-133.
[43] T. Kim, A. M. Hansen, K. Branner, "Development of an anisotropic beam finite element for composite wind turbine blades in multibody system", Journal of Renewable Energy 59 (2013) 172-183.
[44] L. Li, Y.H. Li, Q.K. Liu, H.W. Lv, "A mathematical model for horizontal axis wind turbine blades", Appl. Math. Modelling (2013).
[45] Y. Zhen, R. zhen Zhao, H. Liu, "Modal analysis of horizontal axis wind turbine blades", Journal of Electrical Engineering, Vol. 12, No. 2, February 2014, pp. 1212 – 1216.
[46] H. Hamdi, C. Mrad, A. Hamdi, R. Nasri, "Dynamic response of a horizontal axis wind turbine blade under aerodynamic, gravity and gyroscopic effects", Applied Acoustics xxx (2014) xxx-xxx.
[47] K. L. V. Buren, S. Atamturktur, M. Hemez, "Model selection through robustness and fidelity criteria: Modeling the dynamics of the CX-100 wind turbine blade", Mechanical Systems and Signal Processing 43(2014) 246-259.
[48] L. Li, Y.H. Li, Q.K. Liu, H.W.Lv, "A mathematical model for horizontal axis wind turbine blades", Applied Mathematical Modelling 38 (2014) 2695-2715.