تحلیل مودال یک توربین باد محورعمودی با قابلیت نصب روی تیرهای چراغ شهری
پذیرفته شده برای پوستر
کد مقاله : 1076-ISAV2025 (R1)
نویسندگان
1دانشجوی مقطع ارشد گرایش دینامیک پرواز و کنترل دانشگاه مالک اشتر
2گروه مهندسی مکانیک، صنایع و هوافضا، مرکز آموزش عالی فنی و مهندسی بوئینزهرا، قزوین، ایران
چکیده
در این مقاله، امکان تعبیه یک توربین بادی محور عمودی بر روی یک تیر استاندارد چراغ برق شهری مورد بررسی قرار گرفته است. در این راستا، توربین بادی محور عمودی بهصورت یک جرم متمرکز در بالای تیر مدل شده و تحلیل مودال آزاد سازه انجام گرفته است. با هدف ایمنسازی سازه در برابر پدیده تشدید دینامیکی، فرکانسهای طبیعی حاصل از تغییرات جرمی (صفر تا 60 کیلوگرم) و هندسی (دو طول 9.3 و 5 متر) سامانه استخراج و نقاط بحرانی رفتاری شناسایی شدهاند. نتایج پژوهش نشان میدهد که با کاهش طول تیر، فرکانس طبیعی افزایش مییابد که حاکی از پایداری دینامیکی بیشتر در تیرهای کوتاهتر است. همچنین، افزایش جرم توربین منجر به کاهش فرکانس طبیعی و تمایل سامانه به برانگیختهشدن در هماهنگهای پایینتر میشود. این مطالعه نشان میدهد که با شناسایی فرکانسهای طبیعی و اجتناب از همپوشانی آنها با فرکانسهای تحریک محیطی، میتوان از خستگی سازه و شکست زودهنگام سازه جلوگیری نمود.
کلیدواژه ها
Title
Modal Analysis of a Vertical-Axis Wind Turbine Suitable for Installation on Urban Streetlight Poles
Authors
Amir Mohammad Afsari, Mohammad Haji Jafari
Abstract
In this paper, the feasibility of mounting a vertical-axis wind turbine (VAWT) on a standard urban streetlight pole is investigated. The VAWT is modeled as a lumped mass at the pole’s top, and a free modal analysis is conducted to assess dynamic behavior. To enhance structural safety against resonance, natural frequencies are extracted under varying mass conditions (0–60 kg) and two geometric configurations (pole lengths of 9.3 m and 5 m). Results indicate that shortening the pole increases its natural frequency, thereby improving dynamic stability and reducing resonance risk. Conversely, increasing turbine mass lowers the natural frequency, shifting system response toward lower harmonics and potentially increasing vulnerability to wind-induced vibrations. This study confirms that identifying natural frequencies and ensuring sufficient separation from environmental excitation frequencies such as those caused by wind vortex shedding can effectively prevent structural fatigue and premature failure. The findings support the safe integration of small-scale VAWTs into existing streetlight infrastructure without compromising structural integrity.
Keywords
Modal Analysis, Vertical-Axis Wind Turbine, structural design, Natural frequency