風(fēng)力機(jī)葉片的設(shè)計(jì)與結(jié)構(gòu)特性分析.pdf

1、根據(jù)陸地、近海及深海所處環(huán)境及工況的不同，本文設(shè)計(jì)了1.5MW、3MW及5MW水平軸風(fēng)力機(jī)葉片，并分別對(duì)這三種不同兆瓦級(jí)風(fēng)力機(jī)葉片進(jìn)行了模態(tài)分析；然后以5MW風(fēng)力機(jī)為研究對(duì)象，進(jìn)行了風(fēng)力機(jī)流場(chǎng)數(shù)值仿真計(jì)算分析和單向流固耦合分析；最后對(duì)5MW風(fēng)力機(jī)進(jìn)行了模態(tài)分析。論文主要做了以下工作：
　　1.根據(jù)葉素動(dòng)量理論，考慮葉尖損失模型，使用威爾森理論模型對(duì)1.5MW、3MW和5MW風(fēng)力機(jī)葉片進(jìn)行了葉片氣動(dòng)外形的設(shè)計(jì)計(jì)算，得到了葉片不同葉展

2、處扭角、弦長(zhǎng)等幾何參數(shù)。
　　2.通過(guò)坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，將設(shè)計(jì)計(jì)算得到的葉片幾何參數(shù)，轉(zhuǎn)換為葉片三維空間數(shù)據(jù)，利用參數(shù)化三維造型建模軟件Pro/E完成了1.5MW、3MW和5MW風(fēng)力機(jī)葉片及整機(jī)實(shí)體建模。
　　3.在無(wú)外界激振力的條件下，分別對(duì)1.5MW、3MW和5MW風(fēng)力機(jī)葉片進(jìn)行了模態(tài)分析。得到了這三種不同兆瓦級(jí)風(fēng)力機(jī)葉片的模態(tài)頻率和振型等振動(dòng)特性，并對(duì)其模態(tài)結(jié)果進(jìn)行了分析研究，結(jié)果表明：所設(shè)計(jì)的三種不同兆瓦級(jí)風(fēng)力機(jī)葉片的固有頻

3、率與風(fēng)輪高度處風(fēng)的湍流激勵(lì)頻率不重合，并且風(fēng)力機(jī)從啟動(dòng)到正常運(yùn)轉(zhuǎn)過(guò)程中都不會(huì)與葉片固有頻率重合，不會(huì)產(chǎn)生共振。
　　4.在額定風(fēng)速的條件下，進(jìn)行了5MW風(fēng)力機(jī)的流場(chǎng)數(shù)值仿真，并通過(guò)分析計(jì)算得出了所設(shè)計(jì)風(fēng)力機(jī)的實(shí)際輸出功率和實(shí)際風(fēng)能利用系數(shù)，誤差值都在允許的范圍內(nèi)，并分析了產(chǎn)生設(shè)計(jì)誤差的原因。通過(guò)流場(chǎng)仿真計(jì)算得到了5MW風(fēng)力機(jī)葉片表面壓力分布及葉展不同位置處各截面的壓力分布，并對(duì)其進(jìn)行了分析，分析結(jié)果表明葉片表面及各截面處的壓力分布

4、，均與風(fēng)力機(jī)做功特性相符合。
　　5.進(jìn)行了5MW風(fēng)力機(jī)的單向流固耦合分析。將流場(chǎng)數(shù)值計(jì)算得到的氣動(dòng)力作為結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)模塊的輸入數(shù)據(jù)，并對(duì)風(fēng)力機(jī)加載重力和風(fēng)輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，通過(guò)計(jì)算得到了5MW風(fēng)力機(jī)葉片的等效應(yīng)力和應(yīng)力強(qiáng)度結(jié)果，并對(duì)計(jì)算結(jié)果進(jìn)行了分析研究。然后根據(jù)第三強(qiáng)度理論，對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片的結(jié)構(gòu)強(qiáng)度進(jìn)行了校核，葉片滿足強(qiáng)度要求。
　　6.在無(wú)外界激振力、有氣動(dòng)力、有離心力的條件下，分別對(duì)5MW風(fēng)力機(jī)進(jìn)行了模態(tài)分析，得到了風(fēng)