風力機葉片的設計與有限元分析.pdf

1、隨著地球上可利用的常規(guī)能源的日漸匱乏，“能源危機”越來越引起人們的重視。為滿足人們的日常生活和工業(yè)生產對能源的需求，人們迫切需要開發(fā)出新的、清潔的、可再生能源。風能是一種取之不盡、用之不竭的可再生能源。有著巨大的發(fā)展?jié)摿蛷V闊的應用前景。風力發(fā)電將成為世界電力發(fā)展的潮流和趨勢。風力機在風力發(fā)電中得到廣泛的運用。葉片是風力機最為關鍵的構件之一，其設計的好壞直接關系著風能的利用效率和風力發(fā)電的經濟效益。
　　本文基于動量葉素理論，以各

2、葉素的風能利用系數最大為優(yōu)化目標，利用MATLAB優(yōu)化工具箱對200kW水平軸風力機葉片進行編程并求解，并對設計結果進行插值和擬合，得出合理的葉片外形數據。同時考慮葉尖損失系數、輪轂損失系數對葉素理論進行了修正，并結合葛勞渥特理論和葉柵理論對葉片進行氣動性能及載荷計算。采用簡化設計方法對葉片進行初步的結構設計，得出葉片各段剖面的厚度，運用玻璃纖維復合材料對葉片進行鋪層設計。利用MATLAB將葉片各截面的二維翼型數據轉換為三維空間坐標，在

3、ANSYS中建立風力機葉片的有限元模型，并對其進行結構動力學分析，得出葉片應力隨時間的變化曲線，并結合Tsai-Wu強度準則對應力最大時的葉片進行強度校核。最后計算出葉片的固有頻率和振型。
　　研究表明，采用葉片結構的簡化設計法和在ANSYS中直接建立葉片有限元模型的方法簡便可行，易于施加載荷及邊界條件，提高了計算分析的效率，可以應用于各種工況下風力機葉片的計算分析。經過動力學分析可知葉片在運行時滿足強度要求，并且不會發(fā)生共振，為