بررسی اثرات پارامترهای هندسی و مکانیکی توربین بادی محور افقی بر رفتار دینامیکی آن در حالت آزاد و اجباری

نوع مقاله : مقاله کوتاه

نویسندگان

• علیرضا شوشتری ¹
• کوروش هاشمی ²

¹ دانشگاه بوعلی سینا همدان

² دانشگاه بوعلی سینا

10.22067/fum_mech.v27i2.25411

چکیده

در این پژوهش از تئوری تیر جدارنازک، تغییر شکل نقطۀ دلخواهی از سازۀ توربین باد محور افقی استخراج و با روش اجزای محدود، روابط انرژی جنبشی و پتانسیل اجزای آن به‌دست آمده است. پاسخ میرای سازه در حالت ارتعاش اجباری یکبار تحت اثر نیروهای آیرودینامیکی، گریز از مرکز و اثر وزن و بار دیگر تحت تحریکات تکیه گاهی هارمونیک و اتفاقی به‌دست آمده است. از تئوری فوق، برنامه ای در نرم‌افزار متلب تهیه شده است که می تواند انواع سازه های توربین باد محور افقی را تحلیل نماید. تحلیل مدل های مختلفی از سازه اثر تغییرات طول، جنس، سرعت دورانی پره ها و سرعت وزش باد بر سازه مشخص کرده اند. مدل‌سازی و تحلیل برج سازه در نرم‌افزار انسیس نتایج پژوهش را تصدیق نموده است.

کلیدواژه‌ها

• سازۀ توربین باد محور افقی
• تئوری تیر جدارنازک
• تحریک هارمونیک
• تحریک اتفاقی

---

عنوان مقاله [English]

Investigation of the Effect of Geometrical and Mechanical Properties of Horizontal Wind Turbines on its Dynamic Behavior for Free and Forced Vibration Case

نویسندگان [English]

• alireza shooshtari ¹
• kourosh hashemi ²

¹ Bu-Ali Sina University

² Bu-Ali Sina University

چکیده [English]

In this paper, using thin wall beam theory, at first the deflection of an arbitrary point of a horizontal wind turbine has been determined. Then, calculating potential and kinetic energy of wind turbine structure and using Lagrange equations, the equations of motion have been derived. Also, forced vibration of structures under various excitation such as aerodynamic forces, centrifugal effects, weight of elements and base excitation have been investigated. Finally, the effects of lengths, material and angular velocity of blades and wind speed on dynamic behavior of structure have been investigated. For validation, the tower of turbine has been modeled and analyzed in ANSYS software and good agreement between the obtained results and the proposed method has been observed.

کلیدواژه‌ها [English]

• Horizontal axis wind turbine
• Thin walled beam theory
• Harmonic actuation
• random actuation

مراجع

1. Chopra, I. and Dugundji, J.," Nonlinear dynamic reponse of wind turbine blade", Journal of sound and vibration, Vol. 63(2): pp. 265-286, (1997).

2. El Chazly, N.M., "Static and dynamic analysis of wind turbine blades using the finite element method", Computers & Structures, Vol. 48(2): pp. 273-290, (1993).

3. Younsi, R., El Batanony, I., Tritsch, J., Naji, H. and Landjerit, B., "Dynamic study of wind turbine blade with horizontal axis", Eur. J. Mech. A/Solids, Vol. 20: pp. 241-252, (2001).

4. Baumgart, A., "A mathematical model for wind turbine blades", Journal of Sound and Vibration, Vol. 251(1):pp. 1-12, (2002).

5. Murtagh, P.J., Basu, B. and Broderick, B.M., "Along wind response of a wind turbine tower with blade coupling subjected to rotationally sampled wind loading", Engineering Structures, Vol. 27:

pp. 1209-1219, (2005).

6. Park, J.H., Park, H.Y., Jeong, S.Y., Lee, S., Shin, Y.H., and Park, J.P., "Linear vibration analysis of rotating wind turbine blade", Current Applied Physics, Vol. 10: pp. S332-S334, (2009).

7. Baxevanou, C.A., Chaviaropoulos, P.K., Voutsinas, S.G., and Vlachos, N.S., "Evaluation study of a navier stokes CFD aeroelastic model of wind turbine airfoils in classical flutter", Journal of Wind Engineering and Industrial Aerodynamic, Vol. 96: pp. 1425-1443, (2008).

8. Hoogedoorn, E., Jacobs, G.B., and Beyene, A., "Aero elastic behavior of a flexible blade for wind turbine application: A 2D computational study", Energy, Vol. 35: pp. 778-785, (2010).

9. Wang, J., Qin D. and lim, T.C., "Dynamic analysis of horizontal axis wind turbine by thin walled beam theory", Journal of Sound and Vibration, Vol. 329, pp. 3565-3586, (2010).

10. Liu. G.R. and Quek. S.S., "The finite element method a practical course", Butterworth-Heinemann, London, England, (2003).

11. Shabana, Ahmed A., "Dynamics of multi-body system", Cambridge University Press, New York, USA (2005).

12. Radcliffe, C.W. and Sush, H., "Kinematics and Mechanisms Design", John Wiley & Sons Inc, New Jersey, USA, (1987).

13. Potter M., Wiggert D., "Fluid mechanics", The McGraw-Hill Company,Michigan, US (1976).

14. Newland, D.E., "An introduction to random vibrations, spectral and wavelet analysis", John Wiley & Sons Inc., New Jersey, USA, (1975).

15. Lutes, D.L. and Sarkani, S.H., "Random vibrations analysis of structural and mechanical systems", Elsevier, Washington, USA (2004).

16. مکانیک، ابوالقاسم، "ارتعاشات سیستم‌های مکانیکی و سازه‌ای با کاربردهای کامپیوتری"، انتشارات دانشگاه بوعلی سینا، (1382).

17. Saragoni, G.R. and Ruiz, S., "Free vibration of soils during large earthquakes", Soil Dynamics and Earthquake Engineering, Vol. 29:pp. 1-16, (2009).

18. Dowell, E.H. and Hodges, D.H., "Nonlinear equation of motion for the elastic bending and torsion of twisted non-uniform rotor blades", NASA TN-7818. (1974).

19. Somers, D.M., Design and experimental results for the S809 Airfoil., NREL/SR-440-6918, 1999