当前位置:主页 > 科技论文 > 材料论文 >

极端风速下风机复合材料叶片的特性研究

发布时间:2018-01-16 00:14

  本文关键词:极端风速下风机复合材料叶片的特性研究 出处:《新疆大学》2017年硕士论文 论文类型:学位论文


  更多相关文章: 极端风速 复合材料叶片 翼型 有限元分析 疲劳寿命


【摘要】:风力发电技术有着环保、消耗低、可再生等优点,早在上个世纪全球就已经掀起了风电热潮。我国风力发电技术的起步较晚但发展速度很快。然而相较于风电行业发达的美国、丹麦等国家,我国的自主研发能力还存在一定的不足。叶片是风力发电机组不可或缺的一部分,其性能的好坏会直接影响风力发电机组运行时间的长短以及风电场效益的高低。叶片性能的好坏很大程度上取决于翼型的性能。S8035翼型具有较好的升阻比但是却不能满足叶片根部强度需求,而DU40翼型较厚,能够满足叶根强度要求却损失了升阻比。通过复合两种翼型则能够很好地解决这个问题。此外,叶片在运行时承受着各种各样复杂的载荷,而风速是影响风机叶片载荷大小的一个关键因素。因此,研究风速对叶片性能的影响对叶片的设计具有重要的参考意义。本文通过复合两种常见翼型来设计新翼型,利用UG软件建立叶片模型并借助Ansys Workbench软件完成静力学及疲劳寿命分析,得到以下结论:1)通过XFOIL软件设计复合翼型,并比较三种翼型的气动性能,发现相较于DU40翼型和S8035翼型,在同一攻角下,复合翼型气动性能最好。2)对于三种不同翼型的玻璃纤维复合材料叶片在不同风速下的静力学分析显示:额定风速下,三种翼型玻璃纤维复合材料叶片的最大等效应力均出现在叶片的根部,应力值较小;极端风速之下,三种翼型玻璃纤维复合材料叶片的最大等效应力也出现在叶片根部,但是危险区域延叶片展向扩散,最大等效应力已经超出了叶片材料的拉伸强度。3)对于三种不同翼型的碳纤维复合材料叶片在不同风速下的静力学分析结果显示:额定风速下,三种翼型碳纤维复合材料叶片的最大等效应力均出现在叶片的根部,应力值较小;极端风速之下,虽然三种翼型碳纤维复合材料叶片的最大等效应力急剧增加,但是由于碳纤维复合材料的性能优越,极端风速对碳纤维复合材料叶片性能影响较小。4)对于三种不同翼型的玻璃纤维复合材料叶片疲劳寿命分析结果显示:三种翼型叶片在额定风速下均能满足叶片运行20年的使用要求,但是极端风速会导致三种翼型叶片的运行循环次数大幅下降,使用寿命锐减。因此,极端风速是导致叶片使用寿命降低的重要原因。
[Abstract]:Wind power generation technology has the advantages of environmental protection, low consumption, renewable and so on. As early as the last century the global wind power boom has been set off. Wind power technology in China started relatively late but the speed of development. However compared with the wind power industry developed in the United States Denmark and other countries. The independent R & D capability of our country still has certain deficiency. The blade is an indispensable part of the wind turbine. The performance of the turbine will directly affect the operating time of the wind turbine and the benefit of the wind farm. The performance of the blade depends to a great extent on the performance of the airfoil S8035 airfoil with good lift and drag. But it can not meet the needs of leaf root strength. However, the DU40 airfoil is thicker and can meet the needs of the blade root strength, but the lift-to-drag ratio is lost. This problem can be solved well by the combination of the two airfoils. The blade is subjected to a variety of complex loads while running, and the wind speed is a key factor affecting the load size of the fan blade. It is very important to study the influence of wind speed on blade performance. In this paper, two common airfoils are combined to design new airfoils. The blade model is built by UG software and the statics and fatigue life analysis is completed by Ansys Workbench software. The following conclusion is drawn: 1) the composite airfoil is designed by XFOIL software. The aerodynamic performance of the three airfoils is compared with that of the DU40 airfoil and the S8035 airfoil at the same angle of attack. The aerodynamic performance of composite airfoil is the best. 2) for three different airfoils, the static analysis of glass fiber composite blades under different wind speed shows that: at rated wind speed. The maximum equivalent stress of the three kinds of wing glass fiber composite blades appears at the root of the blade, and the stress value is small. Under the extreme wind speed, the maximum equivalent stress of the three kinds of glass-fiber composite blades also appeared at the blade root, but the spread of the blade spread in the dangerous area. The maximum equivalent stress has exceeded the tensile strength of the blade material. 3) for three different airfoil CFRP blades under different wind speeds the results show that: rated wind speed. The maximum equivalent stress of the three kinds of CFRP blades appears at the root of the blade, and the stress value is small. Under extreme wind speed, the maximum equivalent stress of the three kinds of CFRP blades increases sharply, but the performance of CFRP is superior. Extreme wind speed has little effect on the performance of carbon fiber composite blade. 4). The results of fatigue life analysis of glass fiber composite blades with three different airfoils show that the blades of three airfoils can meet the requirements of 20 years operation under rated wind speed. But extreme wind speed will lead to three kinds of airfoil blades running cycle times greatly decreased, service life sharply reduced, therefore, extreme wind speed is an important reason leading to the blade service life decline.
【学位授予单位】:新疆大学
【学位级别】:硕士
【学位授予年份】:2017
【分类号】:TM315;TB332

【参考文献】

相关期刊论文 前10条

1 侯博;贾智源;曾帅;李炜;;风电叶片用单向复合材料厚度变化研究与分析[J];玻璃钢/复合材料;2015年12期

2 孙崇强;任毅如;陈富利;邹达懿;;基于剩余应变的复合材料结构寿命预测[J];材料科学与工艺;2015年06期

3 陈海霞;祁文军;王良英;芦丽丽;;基于流固耦合的风机叶轮疲劳特性研究[J];机械设计与制造;2015年12期

4 刘攀锋;张永明;张全成;;风力发电机叶片的疲劳特性测试[J];理化检验(物理分册);2014年09期

5 安利强;孙少华;周邢银;;风波联合作用下5MW海上风力机的疲劳载荷特性分析[J];可再生能源;2014年07期

6 李志敏;李春;高伟;武玉龙;;大型风力机复合材料叶片铺层设计及结构特性研究[J];现代制造工程;2014年03期

7 刘昭特;张彦飞;杜瑞奎;刘亚青;赵贵哲;;铺层结构对复合材料层合板弯曲强度及失效行为的影响[J];工程塑料应用;2014年01期

8 李祚军;张娟;王佩艳;李晓宇;;T700/3234碳纤维层合板的拉伸疲劳特性分析[J];机械设计与制造;2013年10期

9 张鹏飞;金海波;;基于低能量冲击损伤阻抗的复合材料薄壁结构铺层顺序设计[J];复合材料学报;2014年01期

10 陈严;张林伟;刘雄;叶枝全;;水平轴风力机叶片疲劳载荷的计算分析[J];太阳能学报;2013年05期

相关博士学位论文 前4条

1 于静霞;新能源企业融资的财务风险控制研究[D];财政部财政科学研究所;2012年

2 吴富强;纤维增强复合材料寿命预测与疲劳性能衰减研究[D];南京航空航天大学;2008年

3 杨忠清;玻璃纤维增强树脂基复合材料疲劳行为研究[D];南京航空航天大学;2008年

4 徐颖;复合材料层合板冲击损伤及冲击后疲劳寿命研究[D];南京航空航天大学;2007年

相关硕士学位论文 前10条

1 于彬;极端环境载荷对复合材料风机叶片特性影响分析[D];新疆大学;2015年

2 张建华;风力机叶片疲劳寿命估算方法研究[D];吉林大学;2013年

3 李琪;复合材料风电叶片结构设计及有限元分析[D];华北电力大学;2013年

4 邵帅;1.5MW风力机塔筒及叶片动态特性分析[D];沈阳工业大学;2013年

5 王静;复合材料风机叶片结构校核理论及数值仿真方法研究[D];西南交通大学;2011年

6 梅端;玻璃纤维增强树脂基复合材料力学疲劳性能研究[D];武汉理工大学;2010年

7 陈园;风力发电机叶片三维建模及有限元动力学分析[D];西安理工大学;2008年

8 宋聚众;1.5MW变速恒频风力发电机组气动与结构设计技术[D];汕头大学;2007年

9 信伟平;风力机旋转叶片动力特性及响应分析[D];汕头大学;2005年

10 岳勇;风力发电机组机械零部件抗疲劳设计方法的研究[D];新疆农业大学;2005年



本文编号:1430694

资料下载
论文发表

本文链接:https://www.wllwen.com/kejilunwen/cailiaohuaxuelunwen/1430694.html


Copyright(c)文论论文网All Rights Reserved | 网站地图 |

版权申明:资料由用户0a099***提供,本站仅收录摘要或目录,作者需要删除请E-mail邮箱bigeng88@qq.com