基于参数化建模的叶片叶根连接强度分析

发布时间：2021-09-19 16:18

　　针对某一现有2 MW风力机叶片,分析其叶根几何形状及铺层结构,并设定叶根连接各金属件几何尺寸,通过MATLAB编程并结合ANSYS二次开发建立风力机叶片叶根连接参数化几何模型,同时自动进行材料属性设置、网格划分及接触设置。基于GL 2010标准载荷计算结果,提炼出叶根极限载荷工况,同时在最大叶根螺栓预紧力工况下,按载荷步自动对模型进行非线性求解,从而得到极限载荷下的螺栓载荷因子。通过VDI 2230对叶片叶根螺栓进行静强度校核,同时考虑钻孔区域的应力集中效应,对叶根复合材料部分的静强度进行校核分析,校核结果表明,该叶根连接设计能够满足极限载荷条件。该研究全面分析了叶根连接各部件的静态性能,并为后续叶片叶根连接的设计优化奠定了基础。 

【文章来源】：复合材料科学与工程. 2020,(08)北大核心

【文章页数】：6 页

【部分图文】：

叶根连接结构图

根据表2中的载荷和节圆尺寸参数,通过公式(1)可以推导出叶片叶根整圈螺栓的载荷分布,如图2所示。一般叶根0～1 m区间为纯圆柱段,在根部具有几何对称性,同时从图2中可以得知,叶片叶根螺栓载荷也具有周期对称特征,在既定的起始角度下,第N/4和3N/4颗螺栓承受载荷最大,第0和N/2颗螺栓承受载荷最小。通常在实际校核计算过程中,为了保证叶片叶根连接螺栓的安全可靠性,同时考虑VDI 2230和GL 2010标准要求,取最极端根部载荷对叶根连接各部件的静强度进行校核分析。

表2 叶片叶根连接几何参数Table 2 Blade root connection geometry parameters 参数化项目 符 号 单 位 具体数值 叶根节圆直径 D mm 2300 叶根螺栓个数 N - 64 叶根玻璃钢径向孔直径 D1 mm 64 叶根金属法兰厚度 L mm 15 叶根螺栓细腰直径 d0 mm 28 径向孔中心到端面距离 L1 mm 180 变桨轴承轴向孔孔径 d mm 39 变桨轴承内圈内径 ?d1 mm 1936 变桨轴承内圈外径 ?d2 mm 2229 变桨轴承外圈节圆直径 ?D mm 2348 变桨轴承外圈内径 ?D1 mm 2234 变桨轴承外圈外径 ?D2 mm 2446 轴承内外圈相对距离 h mm 10 轴承滚珠中心定位距离 h1 mm 53.5 轴承内外滚珠中心距离 h2 mm 80 变桨轴承外圈厚度 H1 mm 184 变桨轴承内圈厚度 H2 mm 1844.2 有限元前处理

【参考文献】：
期刊论文
[1]风电叶片叶根连接载荷对比分析[J]. 史俊虎,林明,吴胜军,熊刚.  玻璃钢/复合材料. 2015(05)
[2]基于参数化建模的风力机叶片性能分析[J]. 陈进,马金成,郭小锋,孙振业.  东北大学学报(自然科学版). 2014(12)
[3]VDI2230在风机螺栓分析中的应用[J]. 郑大周,王兵,莫尔兵,陆瑞.  东方汽轮机. 2013(02)
[4]风力发电机叶片根部的有限元建模研究[J]. 潘燕环,徐加初,王璠,周伟华.  中北大学学报(自然科学版). 2010(04)

硕士论文
[1]风力发电机叶片叶根的受力性能研究[D]. 周新坪.重庆交通大学 2017



本文编号：3401936