风力机叶片涂层冲蚀磨损过程中的接触力学性能研究

发布时间：2017-08-09 08:35

  本文关键词：风力机叶片涂层冲蚀磨损过程中的接触力学性能研究

  更多相关文章： 叶片涂层 冲蚀磨损 力学模型 LS-DYNA仿真

【摘要】：随着化石资源的逐渐枯竭,新能源风力发电技术得到了极大的推崇与发展,而内蒙古拥有着得天独厚的风力资源,但是频繁的风沙天气使高速旋转下的风力机叶片涂层冲蚀磨损严重,导致了叶片的使用寿命缩短且风电场的运营维护成本增加。针对内蒙古特殊的地理环境,本文研究了风力机叶片涂层在挟沙风冲蚀磨损过程中的接触力学性能。基于Hertz理论分析推导出沙粒冲蚀涂层过程中法向、切向的接触力学公式,并分析得出在冲蚀速度和挟沙量取值条件相同的情况下,法向应力随着冲蚀角度的增大而增大,切向应力随着冲蚀角度的增大而减小,切向接触力总是在冲蚀角度为30。时取值最大。使用ANSYS有限元软件仿真模拟沙粒冲蚀叶片涂层时接触力的变化情况,模拟结果得出沙粒冲蚀涂层中心位置处的应力值最大,产生的应力从涂层的冲蚀中心处以波的形式逐渐向外扩展,应力值也逐渐变小。采用A401薄膜压力传感器在冲蚀磨损试验台上对软件模拟模型进行试验验证,测试出挟沙量、冲蚀速度及冲蚀角度取值不同时叶片涂层被挟沙风冲蚀的接触力值。通过采用理论推导计算、ANSYS/LS-DYNA仿真模拟和试验验证相结合的研究方法,分析风力机叶片涂层冲蚀磨损过程中的接触力学性能,更进一步地为风力机叶片涂层的改进及优化提供了一定的科学依据。
【关键词】：叶片涂层 冲蚀磨损 力学模型 LS-DYNA仿真
【学位授予单位】：内蒙古农业大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM315;TG174.4
【目录】：

• 摘要3-4
• ABSTRACT4-9
• 1 引言9-14
• 1.1 研究背景和意义9-10
• 1.2 国内外研究概况10-12
• 1.2.1 国外对各材料冲蚀磨损过程的研究10-11
• 1.2.2 国内对材料冲蚀过程中的力学性能研究11-12
• 1.3 存在的主要问题12-13
• 1.4 研究内容13-14
• 2 聚氨酯的单向拉伸试验14-19
• 2.1 拉伸样品的制作14-15
• 2.2 拉伸试验的过程15-16
• 2.3 试验结果及数据的分析处理16-17
• 2.4 拉伸样品的断口形貌分析17-18
• 2.5 试验注意事项18-19
• 3 理论分析沙粒冲蚀叶片涂层的接触力19-30
• 3.1 冲蚀涂层的主要力学参数19-20
• 3.2 挟沙风冲蚀风机叶片涂层法向接触力学分析20-26
• 3.2.1 Hertz理论20-21
• 3.2.2 建立力学模型及法向接触力的理论分析21-22
• 3.2.3 分析计算法向接触力的变化规律22-26
• 3.3 挟沙风冲蚀叶片涂层切向接触力学分析26-30
• 3.3.1 切向接触力学的理论分析26-27
• 3.3.2 分析计算切向接触力的变化规律27-30
• 4 有限元仿真模拟分析30-47
• 4.1 仿真分析软件的介绍30-31
• 4.2 建立沙粒冲蚀涂层的有限元模型31
• 4.3 仿真结果分析及讨论31-47
• 4.3.1 冲蚀角度单因素仿真模拟分析31-36
• 4.3.2 冲蚀速度单因素仿真模拟分析36-41
• 4.3.3 挟沙量单因素仿真模拟分析41-47
• 5 风力机叶片涂层接触力试验测定47-55
• 5.1 试验台的结构组成及控制原理47-48
• 5.2 接触力试验的硬件选型48-51
• 5.2.1 数显式推压力计的选择48-49
• 5.2.2 薄膜压力传感器的选择49-50
• 5.2.3 测试系统50-51
• 5.3 测取接触力试验51-54
• 5.3.1 薄膜压力传感器的标定复测试验51-52
• 5.3.2 测试接触力52-53
• 5.3.3 试验注意事项及误差原因53-54
• 5.4 试验测试及有限元模拟的接触力误差分析54-55
• 6 结论与展望55-56
• 6.1 结论55
• 6.2 展望55-56
• 致谢56-57
• 参考文献57-61
• 作者简介61

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