風力發(fā)電機葉片葉根的受力性能研究.pdf

1、近些年風電發(fā)展在國內(nèi)外整體都呈現(xiàn)上升態(tài)勢，風力發(fā)電機將風能無污染地轉化為電能。風力發(fā)電機葉片是一個纖維增強復合材料制成的薄殼結構，由根部、外殼和主梁構成。葉片根部是葉片與風力機轉子輪轂連接的關鍵部分，承受著復雜的剪切、擠壓、彎扭組合作用，因此葉根連接必須具有足夠的機械強度與彎扭剛度，葉片螺栓與葉根的連接常采用葉根螺栓套預埋連接和葉根T型螺栓型式連接。
　　本文主要研究葉片葉根受力性能，通過試驗得到了葉根的破環(huán)模式、極限承載力、應力

2、-荷載曲線和位移-荷載曲線，驗證葉片葉根是否滿足設計要求。典型的葉片葉根部位為圓筒狀結構，試驗對象為圓筒狀結構的3/92，利用ANSYS17.0大型有限元通用軟件建立試驗模型，計算得到軸向應力和應力云圖，根據(jù)計算結果選擇應變測點位置，制定試驗方案，基于結構試驗設計方法設計試驗模型進行軸向拉伸性能試驗，完成試驗數(shù)據(jù)采集和試驗現(xiàn)象觀測。根據(jù)試驗中觀測到了的破壞形態(tài)和極限拉力，分類總結試件破壞模式和計算試件極限承載力的平均值、代表值、標準差和

3、變異系數(shù)，分析葉片螺栓和葉片鋪層的測試應變、葉片葉根測試位移與ANSYS數(shù)值模擬的計算應變和計算位移的差異。建立葉片葉根性能分析全模型和局部模型，計算得到了葉片鋪層和葉片螺栓的Von Mises等效應力和第一主應力，評價了相應的強度;研究了葉片葉根在不同預緊力作用下葉根螺栓縮頸處靜強度、柱頭螺母間玻璃鋼靜強度、柱頭螺母下玻璃鋼擠壓靜強度、柱頭螺母抗彎靜強度，并分析了不同大小預緊力對其強度的影響。通過試驗，發(fā)現(xiàn)葉片螺栓受拉經(jīng)歷彈性階段、強

4、化階段、緊縮斷裂階段，葉片葉根的破壞模式有兩種，分別是葉片螺栓緊縮斷裂破壞和預埋螺栓套拔出破壞，前者屬于塑性破壞，后者屬于脆性破壞，試驗中存在兼有兩種破環(huán)的現(xiàn)象。葉片螺栓的斷面收縮率最大值為35.24％，塑性性能較好。試件極限承載力的平均值為1050kN，代表值為1019.89kN，標準差和變異系數(shù)較小，個別與總體平均水平差異較小，數(shù)據(jù)可靠性高。葉片螺栓和葉片鋪層的測試應變、葉片葉根測試位移與ANSYS數(shù)值模擬的計算應變和計算位移對比，

5、誤差較小，ANSYS模擬葉片葉根的受力可信度高。葉片螺栓在預緊力為250kN和350kN作用的最大軸向應力、最大Von Mises等效應力和最大第一主應力都介于螺栓應力彈性范圍內(nèi)，滿足設計要求。預緊力越大對葉根螺栓縮頸處靜強度安全越不利，對載荷安全越有利，預緊力對柱頭螺母間玻璃鋼靜強度沒有影響，預緊力越大對柱頭螺母下玻璃鋼擠壓靜強度安全和載荷安全越不利，預緊力越大對柱頭螺母抗彎靜強度安全和載荷安全越不利。結構的強度安全系數(shù)和載荷安全系數(shù)