風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片葉根的受力性能研究.pdf

1、近些年風(fēng)電發(fā)展在國(guó)內(nèi)外整體都呈現(xiàn)上升態(tài)勢(shì)，風(fēng)力發(fā)電機(jī)將風(fēng)能無(wú)污染地轉(zhuǎn)化為電能。風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片是一個(gè)纖維增強(qiáng)復(fù)合材料制成的薄殼結(jié)構(gòu)，由根部、外殼和主梁構(gòu)成。葉片根部是葉片與風(fēng)力機(jī)轉(zhuǎn)子輪轂連接的關(guān)鍵部分，承受著復(fù)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(jī)械強(qiáng)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(yù)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(guò)試驗(yàn)得到了葉根的破環(huán)模式、極限承載力、應(yīng)力

2、-荷載曲線和位移-荷載曲線，驗(yàn)證葉片葉根是否滿足設(shè)計(jì)要求。典型的葉片葉根部位為圓筒狀結(jié)構(gòu)，試驗(yàn)對(duì)象為圓筒狀結(jié)構(gòu)的3/92，利用ANSYS17.0大型有限元通用軟件建立試驗(yàn)?zāi)Ｐ停?jì)算得到軸向應(yīng)力和應(yīng)力云圖，根據(jù)計(jì)算結(jié)果選擇應(yīng)變測(cè)點(diǎn)位置，制定試驗(yàn)方案，基于結(jié)構(gòu)試驗(yàn)設(shè)計(jì)方法設(shè)計(jì)試驗(yàn)?zāi)Ｐ瓦M(jìn)行軸向拉伸性能試驗(yàn)，完成試驗(yàn)數(shù)據(jù)采集和試驗(yàn)現(xiàn)象觀測(cè)。根據(jù)試驗(yàn)中觀測(cè)到了的破壞形態(tài)和極限拉力，分類總結(jié)試件破壞模式和計(jì)算試件極限承載力的平均值、代表值、標(biāo)準(zhǔn)差和

3、變異系數(shù)，分析葉片螺栓和葉片鋪層的測(cè)試應(yīng)變、葉片葉根測(cè)試位移與ANSYS數(shù)值模擬的計(jì)算應(yīng)變和計(jì)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(jì)算得到了葉片鋪層和葉片螺栓的Von Mises等效應(yīng)力和第一主應(yīng)力，評(píng)價(jià)了相應(yīng)的強(qiáng)度;研究了葉片葉根在不同預(yù)緊力作用下葉根螺栓縮頸處?kù)o強(qiáng)度、柱頭螺母間玻璃鋼靜強(qiáng)度、柱頭螺母下玻璃鋼擠壓靜強(qiáng)度、柱頭螺母抗彎靜強(qiáng)度，并分析了不同大小預(yù)緊力對(duì)其強(qiáng)度的影響。通過(guò)試驗(yàn)，發(fā)現(xiàn)葉片螺栓受拉經(jīng)歷彈性階段、強(qiáng)

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(yù)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(yàn)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(biāo)準(zhǔn)差和變異系數(shù)較小，個(gè)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(cè)試應(yīng)變、葉片葉根測(cè)試位移與ANSYS數(shù)值模擬的計(jì)算應(yīng)變和計(jì)算位移對(duì)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(yù)緊力為250kN和350kN作用的最大軸向應(yīng)力、最大Von Mises等效應(yīng)力和最大第一主應(yīng)力都介于螺栓應(yīng)力彈性范圍內(nèi)，滿足設(shè)計(jì)要求。預(yù)緊力越大對(duì)葉根螺栓縮頸處?kù)o強(qiáng)度安全越不利，對(duì)載荷安全越有利，預(yù)緊力對(duì)柱頭螺母間玻璃鋼靜強(qiáng)度沒有影響，預(yù)緊力越大對(duì)柱頭螺母下玻璃鋼擠壓靜強(qiáng)度安全和載荷安全越不利，預(yù)緊力越大對(duì)柱頭螺母抗彎靜強(qiáng)度安全和載荷安全越不利。結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度安全系數(shù)和載荷安全系數(shù)