基于參數(shù)化建模的風(fēng)力機葉片結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化設(shè)計.pdf

1、近年來，“能源危機”對人類的影響越發(fā)凸顯，可再生能源由此得到快速發(fā)展。風(fēng)能，作為一種可再生的“綠色能源”已席卷全球，被世界各國予以極大的關(guān)注與重視，都把運用風(fēng)能作為能源短缺的突破口。中國作為能源消費大國，政府亦大力支持風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展，但由于中國風(fēng)電起步較晚且國外把風(fēng)電核心技術(shù)作為企業(yè)最高機密，中國風(fēng)電因此大大落后于風(fēng)電發(fā)達國家，大型風(fēng)電設(shè)備，尤其是風(fēng)機葉片主要依靠進口。而風(fēng)機葉片由于其直接捕獲風(fēng)能，良好的氣動性能、較高的質(zhì)量保證是風(fēng)機穩(wěn)

2、定運行的前提。本文提出了“基于參數(shù)化建模的風(fēng)力機葉片結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化設(shè)計”的研究課題。本文根據(jù)某一現(xiàn)有風(fēng)力機葉片，重點對其氣動性能，結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化設(shè)計進行了研究，取得了如下成果：
　?、亠L(fēng)機葉片氣動載荷模型基于葉素-動量理論建立,其中考慮葉尖損失修正模型的影響,更加精確的確定軸向誘導(dǎo)因子和周向誘導(dǎo)因子。基于GL2010標準,分析了風(fēng)力機所受到的各種載荷如:重力載荷、離心力載荷及空氣動力載荷等,研究了風(fēng)力機工作的載荷工況和設(shè)計工況,通

3、過BLADED建立了風(fēng)力機整機模型,其包括葉片、翼型、葉輪、塔架、動力傳動鏈、機艙和控制等模塊,通過計算得到風(fēng)機在各種工況下的截面載荷分布,從中篩選出截面載荷最大極端工況,從而得到葉片各截面處的極限載荷,其為葉片后續(xù)結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化奠定基礎(chǔ)。
　?、谠谌嫣骄苛巳~片結(jié)構(gòu)及鋪層方式的基礎(chǔ)上,提出了葉片弦長、扭角和相對厚度的集成表達,通過葉片三維形狀參數(shù)表達式得到葉片空間三維坐標,由MATLAB編程并結(jié)合 ANSYS二次開發(fā)由底至頂建立

4、了葉片參數(shù)化幾何模型,根據(jù)葉片鋪層材料及鋪層方式全面建立了葉片有限元力學(xué)模型,通過計算葉片質(zhì)量及重心位置且與實驗結(jié)果比較驗證了該模型建立的可靠性。
　?、弁ㄟ^葉片模態(tài)分析得到葉片低階固有頻率及振型,其與實驗結(jié)果相差不大,分析了該葉片在正常運行過程中是否發(fā)生共振現(xiàn)象。由于葉片由復(fù)合材料構(gòu)成,而復(fù)合材料表現(xiàn)出各向異性,且葉片主要由翼面、葉根、主梁和腹板等關(guān)鍵部位組成,各部位材料及鋪設(shè)方式不同,因此在校核葉片強度時應(yīng)根據(jù)需要分別校核上述