兆瓦级水平轴风力发电机组复合材料叶片结构的设计与优化

发布时间：2017-06-16 04:11

  本文关键词：兆瓦级水平轴风力发电机组复合材料叶片结构的设计与优化，，由笔耕文化传播整理发布。

【摘要】：随着人们和社会对用电需求的增加,使得对风电容量的要求也不断增加。因此人们开始尝试开发大型的风力机以供应用电需求,这就需要对叶片的要求也增加。作为风力机的核心部分叶片,它的长度和重量制约着风力机的安全和经济问题。叶片的研究关系到风电机组的使用程度,而且对其使用性能有着不可忽视的作用。中国是能源的主要消费国,近年来,风电由于政府的支持而快速发展,但和风力发电发达国家的技术相比,兆瓦以上风力发电设备设计技术参考进口,特别是风电关键部件叶片基本依赖于国外技术。因此,研究属于国家自己的风电技术,加强风能源的开发利用已成为当务之急。本课题来源兰州市科技局计划项目“兆瓦级水平轴风力发电机组设计关键技术研究”(2013-4-11)。关键是针对叶片设计的研究,其核心内容是:首先,依据叶片设计的基本理论和方法,对其进行初步基本的气动设计和结构设计。结合UG三维软件对风力机叶片进行三维实体建模,为叶片的有限元分析以及铺层优化工作打好基础。其次,通过有限元软件建立叶片有限元模型。根据有限元分析理论对叶片分别进行静强度分析、模态分析和稳定性分析,确保设计的叶片符合强度、刚度、稳定性等要求。最后,在叶片铺层理论的基础上对叶片的剪切腹板和蒙皮进行铺层优化,使叶片可以更好地适应其实际运行环境。本课题通对叶片的外形和内部结构进行了设计,并对其部分结构进行了优化,最后通过分析得出所设计的叶片满足设计要求,并且优化后的叶片可以更好适应环境。
【关键词】：风力机叶片 结构设计 有限元分析 铺层优化
【学位授予单位】：兰州理工大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2016
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要7-8
• Abstract8-12
• 第1章 绪论12-19
• 1.1 选题背景12-13
• 1.2 风力机国内外发展状况13-16
• 1.2.1 风力机国外发展状况13-14
• 1.2.2 国内风电发展状况14-16
• 1.3 风力机叶片国内外研究现状16-17
• 1.3.1 风力机叶片国外研究现状16
• 1.3.2 风机叶片国内研究现状16-17
• 1.4 复合材料风电叶片结构设计技术研究现状17
• 1.5 本课题研究意义17
• 1.6 本课题研究主要内容17-18
• 1.7 本章小结18-19
• 第2章 风力机叶片设计基础19-22
• 2.1 设计概述19
• 2.2 基本设计过程与内容19-20
• 2.3 叶片结构设计的基本内容20
• 2.4 结构设计要求20-21
• 2.5 本章小结21-22
• 第3章 复合材料风力机叶片结构设计22-40
• 3.1 叶片材料选择22-23
• 3.2 叶片剖面结构设计23-25
• 3.2.1 剖面的结构形式23-24
• 3.2.2 剖面几何特性24-25
• 3.3 叶片铺层设计25-30
• 3.3.1 经典层合板理论25-27
• 3.3.2 铺层设计原则27-28
• 3.3.3 铺层设计过程28
• 3.3.4 强度设计28-30
• 3.4 叶片载荷分析30-34
• 3.4.1 载荷划分30
• 3.4.2 气动载荷30-32
• 3.4.3 重力载荷32-33
• 3.4.4 离心力载荷33-34
• 3.5 风力机设计载荷34-39
• 3.5.1 设计工况35-38
• 3.5.2 设计载荷与使用载荷38
• 3.5.3 局部载荷安全系数38-39
• 3.6 本章小结39-40
• 第4章 风力机叶片结构设计40-63
• 4.1 叶片结构分析的有限元理论40-43
• 4.1.1 静强度分析40-41
• 4.1.2 模态分析41-42
• 4.1.3 稳定性分析42-43
• 4.2 叶片的有限元模型43-54
• 4.2.1 叶片的气动外形44-47
• 4.2.2 实体模型的建立47-49
• 4.2.3 有限元模型的建立49-54
• 4.3 叶片的结构分析54-61
• 4.3.1 叶片结构的静强度分析54-57
• 4.3.2 叶片结构的模态分析57-59
• 4.3.3 叶片结构的稳定性分析59-61
• 4.4 本章小结61-63
• 第5章 风力机叶片结构设计优化63-70
• 5.1 剪切腹板铺层优化64-66
• 5.2 叶片蒙皮优化66-69
• 5.3 本章小结69-70
• 第6章 结论与展望70-72
• 6.1 结论70
• 6.2 展望70-72
• 参考文献72-76
• 致谢76-77
• 附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录77

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