大功率風力發(fā)電機組輪轂的結(jié)構(gòu)強度分析及優(yōu)化設計.pdf

1、能源、環(huán)境是當今人類生存和發(fā)展所要解決的緊迫問題。風力發(fā)電清潔無污染，施工周期短，投資靈活，占地少，具有較好的經(jīng)濟效益和社會效益。隨著風力發(fā)電機裝機容量日益增大，機組所受的載荷情況也越來越復雜,從而使得風力機及其零部件的安全問題變得尤為突出。為了要確保風力機在其設計壽命內(nèi)能夠正常地運行，首先必須對風力發(fā)電機組的關鍵零部件展開設計研究。
　　輪轂是風力發(fā)電機組中的一個重要部件，它形狀復雜，輪轂設計的好壞將直接影響到整個機組的正常運行

2、和使用壽命，因此有必要在極限載荷條件下對輪轂進行靜態(tài)分析和疲勞計算，以確定整個輪轂的應力分布情況，從中找出最危險的部位，為輪轂設計提供可靠的依據(jù)。另外根據(jù)輪轂強度計算的余量，必要時對輪轂進行優(yōu)化設計分析，以達到減輕重量，降低成本的目的。
　　本文基于有限元法的基本理論，對輪轂進行了以下研究：
　　①基于有限元法的建模理論，利用網(wǎng)格劃分軟件 HyperMesh建立了兩種輪轂有限元模型：一種是四面體單元模型，劃分簡單，可以使用有

3、限元程序自動生成，故使用普遍；另一種是六面體單元模型，由于三維網(wǎng)格具有空間幾何實體描述和三維網(wǎng)格的自動生成算法的復雜性，使得三維網(wǎng)格，尤其是六面體網(wǎng)格的劃分，具有較大難度，一般只能靠工作人員手動生成。并對兩種單元類型的模型進行了細致的分析比較。
　　②對某型輪轂有限元模型進行極限強度、疲勞及接觸有限元建模及分析校核計算，并對結(jié)果進行了分析，提出了優(yōu)化設計意見。分析計算所得數(shù)據(jù)與企業(yè)隨后的實驗數(shù)據(jù)進行過對比，結(jié)果基本一致。從而驗證了

4、本文所研究方法的正確性，確保了輪轂具有足夠的強度和使用壽命。
　?、劢Y(jié)合本文對某型輪轂的研究，采用相似原理和拓撲優(yōu)化的方法，借助有限元軟件Altair提供的OptiStruct模塊開發(fā)出了新型輪轂的結(jié)構(gòu)模型，本輪轂模型適用一般 WM級大型風力發(fā)電機組。本文并對開發(fā)的輪轂進行了靜應力校核，滿足預期開發(fā)目標。
　　因此，本論文對為大型風力發(fā)電機組輪轂的分析和自主設計提供科學可靠的依據(jù)，大大縮短了開發(fā)時間，節(jié)約了開發(fā)成本。對企業(yè)解