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

1、近年來(lái)，“能源危機(jī)”對(duì)人類(lèi)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(guó)予以極大的關(guān)注與重視，都把運(yùn)用風(fēng)能作為能源短缺的突破口。中國(guó)作為能源消費(fèi)大國(guó)，政府亦大力支持風(fēng)電行業(yè)的發(fā)展，但由于中國(guó)風(fēng)電起步較晚且國(guó)外把風(fēng)電核心技術(shù)作為企業(yè)最高機(jī)密，中國(guó)風(fēng)電因此大大落后于風(fēng)電發(fā)達(dá)國(guó)家，大型風(fēng)電設(shè)備，尤其是風(fēng)機(jī)葉片主要依靠進(jìn)口。而風(fēng)機(jī)葉片由于其直接捕獲風(fēng)能，良好的氣動(dòng)性能、較高的質(zhì)量保證是風(fēng)機(jī)穩(wěn)

2、定運(yùn)行的前提。本文提出了“基于參數(shù)化建模的風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)”的研究課題。本文根據(jù)某一現(xiàn)有風(fēng)力機(jī)葉片，重點(diǎn)對(duì)其氣動(dòng)性能，結(jié)構(gòu)分析及優(yōu)化設(shè)計(jì)進(jìn)行了研究，取得了如下成果：
　?、亠L(fēng)機(jī)葉片氣動(dòng)載荷模型基于葉素-動(dòng)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(biāo)準(zhǔn),分析了風(fēng)力機(jī)所受到的各種載荷如:重力載荷、離心力載荷及空氣動(dòng)力載荷等,研究了風(fēng)力機(jī)工作的載荷工況和設(shè)計(jì)工況,通

3、過(guò)BLADED建立了風(fēng)力機(jī)整機(jī)模型,其包括葉片、翼型、葉輪、塔架、動(dòng)力傳動(dòng)鏈、機(jī)艙和控制等模塊,通過(guò)計(jì)算得到風(fēng)機(jī)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(zhǎng)、扭角和相對(duì)厚度的集成表達(dá),通過(guò)葉片三維形狀參數(shù)表達(dá)式得到葉片空間三維坐標(biāo),由MATLAB編程并結(jié)合 ANSYS二次開(kāi)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(guò)計(jì)算葉片質(zhì)量及重心位置且與實(shí)驗(yàn)結(jié)果比較驗(yàn)證了該模型建立的可靠性。
　?、弁ㄟ^(guò)葉片模態(tài)分析得到葉片低階固有頻率及振型,其與實(shí)驗(yàn)結(jié)果相差不大,分析了該葉片在正常運(yùn)行過(guò)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(qiáng)度時(shí)應(yīng)根據(jù)需要分別校核上述