風(fēng)力機(jī)葉片的設(shè)計(jì)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(jī)”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(chǎn)對(duì)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(fēng)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(yīng)用前景。風(fēng)力發(fā)電將成為世界電力發(fā)展的潮流和趨勢(shì)。風(fēng)力機(jī)在風(fēng)力發(fā)電中得到廣泛的運(yùn)用。葉片是風(fēng)力機(jī)最為關(guān)鍵的構(gòu)件之一，其設(shè)計(jì)的好壞直接關(guān)系著風(fēng)能的利用效率和風(fēng)力發(fā)電的經(jīng)濟(jì)效益。
　　本文基于動(dòng)量葉素理論，以各

2、葉素的風(fēng)能利用系數(shù)最大為優(yōu)化目標(biāo)，利用MATLAB優(yōu)化工具箱對(duì)200kW水平軸風(fēng)力機(jī)葉片進(jìn)行編程并求解，并對(duì)設(shè)計(jì)結(jié)果進(jìn)行插值和擬合，得出合理的葉片外形數(shù)據(jù)。同時(shí)考慮葉尖損失系數(shù)、輪轂損失系數(shù)對(duì)葉素理論進(jìn)行了修正，并結(jié)合葛勞渥特理論和葉柵理論對(duì)葉片進(jìn)行氣動(dòng)性能及載荷計(jì)算。采用簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)方法對(duì)葉片進(jìn)行初步的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)，得出葉片各段剖面的厚度，運(yùn)用玻璃纖維復(fù)合材料對(duì)葉片進(jìn)行鋪層設(shè)計(jì)。利用MATLAB將葉片各截面的二維翼型數(shù)據(jù)轉(zhuǎn)換為三維空間坐標(biāo)，在

3、ANSYS中建立風(fēng)力機(jī)葉片的有限元模型，并對(duì)其進(jìn)行結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)分析，得出葉片應(yīng)力隨時(shí)間的變化曲線，并結(jié)合Tsai-Wu強(qiáng)度準(zhǔn)則對(duì)應(yīng)力最大時(shí)的葉片進(jìn)行強(qiáng)度校核。最后計(jì)算出葉片的固有頻率和振型。
　　研究表明，采用葉片結(jié)構(gòu)的簡(jiǎn)化設(shè)計(jì)法和在ANSYS中直接建立葉片有限元模型的方法簡(jiǎn)便可行，易于施加載荷及邊界條件，提高了計(jì)算分析的效率，可以應(yīng)用于各種工況下風(fēng)力機(jī)葉片的計(jì)算分析。經(jīng)過動(dòng)力學(xué)分析可知葉片在運(yùn)行時(shí)滿足強(qiáng)度要求，并且不會(huì)發(fā)生共振，為