风机系统中的模态计算与识别

最近有人向我咨询关于Bladed和FAST中模态计算结果中的频率问题，或者计算出频率后不能识别该频率对应风机的什么振型，在这儿把自己的拙见跟大家分享下，希望对大家有所帮助，请大家多多批评指正。

     风机系统的频率对风机的安全稳定运行有着至关重要的影响，激励频率与固有频率之间的重合会导致严重的风机震荡，尤其是对控制系统而言，系统频率是不得不评估的关键一环。

      FAST与Bladed都有自己模态计算和线性化分析的模块，分为前处理和后处理，这一点是相通的。

      前处理：先从FAST前处理说起吧，BModes是一个计算叶片和塔筒模态的开源前处理计算程序，在计算中不考虑阻尼，采用瑞利-利兹法计算其固有频率，振型以多项式的形式表达，可以得到单独叶片和塔筒的前几阶模态，其振型是作为FAST的输入条件；同样Bladed前处理也有单独的模态计算模块，但是要给定结构的阻尼系数，通过这个模块可以直观的看到振型和频率，同样的在Bladed中模态计算也是后续计算的先决条件。两者在前处理中的叶片和塔筒模态计算都是独立的，并不考虑整机不同构件之间的耦合。

     后处理：后处理中的频率都属于整机频率，是耦合频率，FAST整机线性化分析会产生.lin文件，通过特征值分析Matlab程序可以得到整机的模态计算结果，是以Excel表格形式：

表中给出了不同模态下各个自由度的振幅以及相位。

      Bladed可以直接产生坎贝尔图：

        FAST产生的表格文件只是其中某一风速下的平衡点，相当于Bladed坎贝尔图中的一个点,不同转速（离心刚化）不同桨距角其整机频率也会不同，所以针对FAST我们要计算不同风速下的平衡点才能得到坎贝尔图，不同转速（离心刚化），不同桨距角对针对以上这两个图我们可以发现有Blade mode 1A，1B，1C（Bladed）和1st flap-wise bending mode of blade1,blade2,blade3(FAST),这三个模态并非指叶片1，叶片2和叶片3的模态，而是指三个叶片的不同振型而组成的整个叶轮三种振型。

       通过上图和分析，我们只是了解存在这么一个频率，到底这个频率的振动形式是什么样的呢，我们通过ADAMS软件对模态进行分析，可以直观的得到整机的振型，FAST会产生ADAMS的一个模型文件adm和acf控制文件，另外我们需要将FAST的空气动力学模块，控制模块等编译成供adams使用的dll文件，具体方法就不必详述了，来看下频率对比以及整机振型吧

振型如下：

希望对大家有所帮助，讲的不对的，请多多批评指正。

 小知识：TurbSim作为FAST生成三维湍流风的前处理程序产生的风文件.wind，以可以直接用于GH Bladed风文件输入，需要注意的轮毂高度和湍流强度不可修改为其他值，只能用turbsim输入文件规定的湍流值。否则会提示警告。