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端板对Savonius风力机气动性能影响研究

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端板对Savonius风力机气动性能影响研究

作者：邓晴月东北农业大学

学位级别：硕士

近年来,风能作为清洁高效的可再生能源之一愈发受到重视,小型离网式风力发电、风力提水、风力制热等是充分开发风能资源的重要一环,它在农村等偏远地区风能利用中扮演重要角色。Savonius风力机作为小型阻力型垂直轴风力机的代表,具有结... 详细信息

近年来,风能作为清洁高效的可再生能源之一愈发受到重视,小型离网式风力发电、风力提水、风力制热等是充分开发风能资源的重要一环,它在农村等偏远地区风能利用中扮演重要角色。Savonius风力机作为小型阻力型垂直轴风力机的代表,具有结构简单、启动性好且力矩输出大的特点,被认为是在低风速下将风能转化为机械能的最佳垂直轴风力机之一。Savonius风力机的结构决定了风能转换效率,端板是Savonius风力机的重要结构之一,目前端板对Savonius风力机气动性能的影响规律研究较少。为此,本研究采用风洞试验和数值模拟相结合的方法研究端板对不同净重叠比两叶片、三叶片风力机气动性能的影响,主要研究工作如下:(1)利用风洞试验和数值模拟方法研究了端板对无净重叠比两叶片、三叶片Savonius风力机气动性能的影响。结果表明:在静态性能方面,对于两叶片Savonius风力机,在U=4 m/s时有端板风力机较无端板风力机平均力矩系数高出49.3%;在U=8 m/s时有端板风力机较无端板风力机平均力矩系数高出85.4%;无端板风力机产生了更小负向静态力矩系数且曲线更加平缓。对于三叶片Savonius风力机,在U=4 m/s时有端板风力机较无端板风力机平均力矩系数高出27.4%,在U=8 m/s时有端板风力机较无端板风力机静态平均力矩系数高出17.9%;无端板风力机不存在负向静态力矩且曲线更为平缓。端板的存在改变了风轮附近的流动情况和压力分布,对风力机内部涡旋的形成及叶片附近的压差均产生了影响。在动态性能方面,有端板风力机的力矩系数与功率系数整体均优于无端板风力机。(2)利用数值模拟研究了端板对带有不同净重叠比两叶片Savonius风力机气动性能的影响,结果表明:端板对不同净重叠比两叶片风力机静态力矩系数、平均动态力矩系数和功率系数曲线的峰值、波动范围均产生了很大的影响;随着净重叠比的增加,端板对风力机的影响规律不同。端板可以在整体上提升风力机的平均静态力矩系数,在净重叠比为0.3时(OL=0.3)提升最大,较无端板风力机提升了46.5%。不同净重叠比有端板风力机动态性能优于无端板风力机,其中有端板风力机OL=0.1时风力机动态性能最佳。(3)利用数值模拟研究了端板对带有不同净重叠比三叶片Savonius风力机气动性能的影响,结果表明:端板对三叶片不同净重叠比风力机的影响规律复杂。当OL=0、OL=0.1时,无端板风力机静态平均力矩系数大于有端板风力机,当OL=0.2、OL=0.3时,有端板平均静态力矩系数大于无端板风力机。三叶片无端板风力机平均静态力矩系数在OL=0.2时达到最大值,有端板风力机平均静态力矩系数在OL=0.3时达到最大值。净重叠比的不同对三叶片风力机的动态性能影响很大,端板整体上对不同净重叠比三叶片风力机动态性能影响较小。本文可为Savonius风力机在农村节能、风力致热、小型风能利用等领域应用提供参考。

关键词： Savonius风力机端板净重叠比风洞试验数值模拟

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斜向梁柱外伸端板连接节点的滞回性能研究

斜向梁柱外伸端板连接节点的滞回性能研究

作者：黎智琴苏州科技大学

学位级别：硕士

梁柱端板连接节点是一种具有良好延性和耗能能力的半刚性连接形式,在门式刚架及钢框架结构中得到了广泛应用。随着建筑设计理念的创新,传统钢结构的梁与柱正交相连已不能满足设计需求,公共建筑中梁柱大角度斜交的情况越来越多,如洛杉矶... 详细信息

梁柱端板连接节点是一种具有良好延性和耗能能力的半刚性连接形式,在门式刚架及钢框架结构中得到了广泛应用。随着建筑设计理念的创新,传统钢结构的梁与柱正交相连已不能满足设计需求,公共建筑中梁柱大角度斜交的情况越来越多,如洛杉矶国际机场(LAX)航站楼主体框架顶层结构的梁柱斜交狗骨式连接节点等。对于大角度梁柱斜交结构,现有规范条款并未对其作出规定,国内外学者对斜交节点也缺乏系统研究。基于此,本文通过试验和数值模拟对大角度斜向梁柱外伸端板连接节点的滞回性能进行了研究,主要研究内容如下:(1)设计制作了3个梁柱外伸端板连接节点试件,对其进行了低周往复加载试验。其中,各试件的钢梁轴线与水平线夹角分别为0°、15°、30°。主要考察了钢梁倾斜角度的变化对端板连接节点试件的滞回性能、抗弯承载力以及刚度退化等力学性能的影响。(2)采用有限元软件ABAQUS建立了3个试验试件的精细化有限元模型,通过对滞回曲线、骨架曲线、刚度退化、变形等方面的对比,验证了有限元模型的准确性。(3)建立8系列22个斜向梁柱外伸端板连接节点的有限元模型,主要研究了节点角度、端板厚度、螺栓直径、端板加劲肋、柱腹板加劲肋、钢材强度、梁截面高度及RBS截面形式等参数对其滞回性能、抗弯承载力、刚度退化等的影响。(4)基于欧洲规范EC3中的组件法,提出了斜向梁柱外伸端板连接节点初始转动刚度的修正计算公式,建立了适用于此类节点的三线型恢复力模型;与已有结果进行比较,验证了所提出的恢复力模型的适用性和准确性。(5)针对大角度梁柱斜交外伸端板节点锐角区域应力集中现象,基于有限元方法评估了三种用于减小应力集中改进措施的有效性。

关键词：斜交节点端板滞回性能恢复力模型

高强螺栓-端板连接装配式钢筋混凝土柱抗震性能研究

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高强螺栓-端板连接装配式钢筋混凝土柱抗震性能研究

作者：刘谨宁长江大学

学位级别：硕士

我国装配式建筑中柱仍旧主要使用现浇、灌浆套筒、浆锚接头连接等湿式工艺,无法彻底实现装配式建筑节约资源、减少施工污染、提升劳动生产效率的优势,本文提出一种能广泛应用于装配式框架结构中的新型干式装配柱-柱连接节点,其主要由预... 详细信息

我国装配式建筑中柱仍旧主要使用现浇、灌浆套筒、浆锚接头连接等湿式工艺,无法彻底实现装配式建筑节约资源、减少施工污染、提升劳动生产效率的优势,本文提出一种能广泛应用于装配式框架结构中的新型干式装配柱-柱连接节点,其主要由预制上、下柱构成。上、下柱之间采用端板高强螺栓连接,具有拼装速度快、抗震可靠度高、耗能性能好等特点。目前国内外对干式柱-柱连接节点研究较少,因此对新型预制装配柱-柱连接节点进行抗震性能及设计方法研究具有重要意义。本文完成了3个新型预制装配式柱-柱连接节点和1个现浇式柱的低周反复荷载试验研究,重点分析了不同轴压比、不同端板厚度以及是否装配钢夹套等参数对试件破坏形态、滞回曲线、骨架曲线、延性、耗能能力等抗震性能的影响,根据试验结果和有限元分析抗震性能。结论如下:(1)试验结果表明,采用高强螺栓-端板连接节点会改变混凝土柱的破坏模式。纵筋与端板之间的可靠焊接对装配式柱的抗震性能起着重要作用。在不发生焊接破坏时,混凝土柱的承载力、延性和耗能能力不受柱-柱节点形式的影响,即高强螺栓-端板连接柱-柱节点有着不弱于现浇式柱的抗震性能。(2)适当提高轴压比可以提升高强螺栓-端板连接装配式钢筋混凝土柱的初始刚度和峰值荷载;钢夹套一定程度上限制了混凝土受力破坏,但由于与混凝土之间粘接不良,因而对试件的抗震性能影响很小;端板在试验过程中几乎没有形变与破坏,端板厚度仍有调整空间。(3)采用ABAQUS软件对低周反复荷载作用下的柱-柱节点有限元模型进行了验证,并进行了参数分析,分析比较了不同混凝土强度等级、纵筋配筋率和端板厚度对高强螺栓-端板连接装配式钢筋混凝土柱抗震性能的影响,以研究预制混凝土柱节点在循环载荷下的力学行为。有限元模拟结果表明:端板的厚度对预制装配式柱的抗震性能影响不大;提高纵向配筋率和混凝土的抗压强度可以提高预制柱的抗震能力。为使该类节点能在装配式混凝土框架结构中应用,应进一步探索钢筋与端板的连接类型、纵筋配筋率和混凝土强度等级等因素对高强螺栓-端板连接装配式混凝土柱性能的影响,为高强螺栓-端板连接柱-柱节点在工程中应用提供试验及理论基础。

关键词：高强螺栓端板柱-柱节点装配式柱抗震性能有限元

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端板对叶梢负载桨空化性能影响数值分析

推进技术 2021年第9期42卷 2145-2151页

作者：王文全赵雷明马开放王超中国船舶及海洋工程设计研究院上海200000 哈尔滨工程大学船舶工程学院黑龙江哈尔滨150001

为了探究端板对尾流收缩叶梢负载(CLT)桨空化性能的影响,基于Star-ccm+软件对CLT(Contracted and loaded tip)桨P1727的端板变参数模型进行了空化计算,计算采用DDES湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型,通过对E779A标准模型桨进行计算,验... 详细信息

为了探究端板对尾流收缩叶梢负载(CLT)桨空化性能的影响,基于Star-ccm+软件对CLT(Contracted and loaded tip)桨P1727的端板变参数模型进行了空化计算,计算采用DDES湍流模型和Schnerr-Sauer空化模型,通过对E779A标准模型桨进行计算,验证了该方法的有效性。研究表明:桨叶表面空化区域与低压区域基本一致,空化区域的范围与推力损失程度呈正相关变化趋势;在端板有效抑制梢部绕流的情况下,端板长度和宽度对CLT桨的敞水性能和空化特性影响微弱;端板倾角对敞水性能和空化特性影响较大,倾角越大,推力和扭矩越大,空化发生时推力衰减程度越大。

关键词：叶梢负载桨端板空化螺旋桨变参数分析

垫板对端板连接半刚性组合边节点力学性能影响的实验研究

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工程力学 2012年第3期29卷 199-204,225页

作者：黄兴叶志明石文龙上海市应用数学和力学研究所上海200072 上海大学理学院力学系上海200444 上海大学土木系上海200072

为了研究钢框架梁端板与柱翼缘间加设垫板的端板连接半刚性组合边节点力学性能,设计4个足尺试件,其中3个分别加设了厚度为6mm、9mm、12mm的垫板,另外一个为未加设垫板的对比试件。该文采用柱顶水平位移控制低周循环加载试验,分析了垫板... 详细信息

为了研究钢框架梁端板与柱翼缘间加设垫板的端板连接半刚性组合边节点力学性能,设计4个足尺试件,其中3个分别加设了厚度为6mm、9mm、12mm的垫板,另外一个为未加设垫板的对比试件。该文采用柱顶水平位移控制低周循环加载试验,分析了垫板对端板连接半刚性组合边节点力学性能的影响。结果表明:当垫板厚度小于端板厚度时,垫板的影响较小;当垫板厚度接近或大于端板厚度时,垫板的影响比较明显。因此,在实际施工中,应该尽可能避免加入较厚的垫板。

关键词：垫板端板半刚性组合边节点力学性能

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不同端板条件下的圆柱涡激振动试验

振动．测试与诊断 2018年第4期38卷 821-826页

作者：燕翔刘昉练继建邵楠邢仕强天津大学水利工程仿真与安全国家重点实验室天津300072

以涡激振动海流能利用为工程背景,在流速范围为0~0.75m/s的自循环水槽中开展了直径为6cm的单自由度圆柱涡激振动试验研究,分析了5种不同形状端板、7种不同尺寸矩形端板条件下圆柱涡激振动的响应规律,提出了适用于能量利用的端板形状与... 详细信息

以涡激振动海流能利用为工程背景,在流速范围为0~0.75m/s的自循环水槽中开展了直径为6cm的单自由度圆柱涡激振动试验研究,分析了5种不同形状端板、7种不同尺寸矩形端板条件下圆柱涡激振动的响应规律,提出了适用于能量利用的端板形状与合理尺寸。研究结果表明:5种端板中最有利于能量利用的为矩形端板,最不利的为无端板;矩形端板圆柱的振幅和频率为无端板圆柱的1.38倍与1.25倍;利于增强振动的矩形端板顺水流方向长度应控制在1.5~2倍圆柱直径范围内。

关键词：涡激振动端板振幅频率

叶片端板对垂直轴水轮机水动力性能影响的研究

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太阳能学报 2016年第7期37卷 1684-1688页

作者：康海贵谢宇陈兵郭伟大连理工大学海岸及近海工程国家重点实验室大连116024

为了减小叶片端部涡流的影响,提高叶片效率,在垂直轴潮流能水轮机叶片端部加装端板。使用Fluent软件对不同流速下加装端板前后的水轮机流场进行三维数值模拟,比较其水动力性能的变化,并通过拖曳水池进行物理模型实验验证。结果表明,为... 详细信息

为了减小叶片端部涡流的影响,提高叶片效率,在垂直轴潮流能水轮机叶片端部加装端板。使用Fluent软件对不同流速下加装端板前后的水轮机流场进行三维数值模拟,比较其水动力性能的变化,并通过拖曳水池进行物理模型实验验证。结果表明,为垂直轴水轮机叶片末端加装端板可抑制叶片端部涡流,提高水轮机输出功率。

关键词：垂直轴水轮机 Fluent 拖曳水池实验水动力性能端板

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端板对二维矩形风洞试验模型气动特性的影响

实验流体力学 2017年第3期31卷 38-45页

作者：郑云飞刘庆宽马文勇刘小兵石家庄铁道大学土木工程学院石家庄050043 石家庄铁道大学大型结构健康诊断与控制研究所石家庄050043 河北省大型结构健康诊断与控制重点实验室石家庄050043

在节段模型风洞试验中,两端设置端板可以有效减小端部效应对风压分布的影响,从而保证气流在模型周围的二维流动,其中端板尺寸是影响端板效果的主要参数。为了明确不同尺寸端板对矩形断面气动特性的影响,以桥梁节段模型中最常见的3种宽高... 详细信息

在节段模型风洞试验中,两端设置端板可以有效减小端部效应对风压分布的影响,从而保证气流在模型周围的二维流动,其中端板尺寸是影响端板效果的主要参数。为了明确不同尺寸端板对矩形断面气动特性的影响,以桥梁节段模型中最常见的3种宽高比(B/H分别为1、5和10)的二维矩形断面为研究对象,通过刚性模型测压试验,研究了端板尺寸对各模型的气动力、风压分布和斯托罗哈数St的影响。研究结果表明:模型的端部效应不仅仅对端部附近的风压有影响,对中间位置处风压的影响也不容忽视,设置端板是获得准确试验结果的重要保证;随着断面宽高比(B/H)逐渐增大,端部效应影响的程度和范围逐渐减小;随着端板尺寸的增大,模型背风面风压绝对值逐渐增大并趋向一稳定值;抑制端部效应的最小端板尺寸与结构的风迎角有关,风迎角增大,所需的端板也相应增大;有无端板对斯托罗哈数St也有明显影响。

关键词：矩形断面节段模型端板气动力风压分布斯托罗哈数

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钢结构端板连接节点数值模拟分析

中国科技期刊数据库工业A 2022年第10期 28-31页

作者：付凯刘辉璋郭峰多维联合集团有限公司北京100070 保定市建筑设计有限公司河北保定071000

钢结构建筑因其自重轻,强度高,受力明确合理,施工速度快等诸多优势被越来越多的应用到建筑行业中。而钢结构中各个构件之间的连接节点便成为了结构设计中首要要考虑的问题,好的连接节点应具有传力合理,加工方便,安装简单等特点;钢结构... 详细信息

钢结构建筑因其自重轻,强度高,受力明确合理,施工速度快等诸多优势被越来越多的应用到建筑行业中。而钢结构中各个构件之间的连接节点便成为了结构设计中首要要考虑的问题,好的连接节点应具有传力合理,加工方便,安装简单等特点;钢结构构件之间的端板连接就是很好的一种构件连接形式,但有时节点内力过大,传统的螺栓排布方式可能不足以满足受力要求,本文针对端板连接节点,将静力计算结果与IDEA有限元软件计算结果进行对比分析,并给出合理化的设计建议和结论。

关键词：端板螺栓内力加劲肋