基于T型连接的装配式风电叶片结构分析与试验研究

发布时间：2017-08-20 21:25

  本文关键词：基于T型连接的装配式风电叶片结构分析与试验研究

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【摘要】：随着能源短缺、环境污染等问题日益突出,风能作为一种清洁的可再生能源受到了越来越多的关注。近年来我国新增风电装机容量已经位于世界第一。随着风机功率逐步提高,相应的叶片也不断增长。我国目前使用最为广泛的兆瓦级风电机叶片长度一般超过40m,国外Vestas公司生产的V112-3.0MW风力发电机的叶片达到了55m。叶片长度的增长带来叶片运输上的困难与挑战。以我国能源相对短缺的云贵川及湖南部分区域为例,风资源处于四类风区,年平均风速约6.0m/s左右,必须使用长叶片来增加捕风能力。而这些区域的风场均处于高原或丘陵地区,为了叶片的运输必须花巨资修建道路,而且运输困难、风险高、运输成本高。将大型风电机叶片进行分段制造和运输,到现场后再进行装配,是解决长叶片运输难题的有效途径。本文在此背景下,提出了基于T型连接的预应力装配式风力发电机叶片的结构方案,在介绍装配式叶片的基本结构的基础上、开展了模型试验以及有限元分析。本文的具体介绍包括以下几方面:(1)首先,介绍了装配式风力发电机叶片的结构选型,提出了一种预应力装配式风力发电机叶片的结构方案,本文提出的结构方案是基于T型连接将分段叶片装配组装在一起,重点介绍了装配式风力发电机叶片的具体结构形式。(2)其次,通过有限元软件ABAQUS,对本文提出的装配式风力发电机叶片的结构形式,建立装配式风力发电机叶片连接段的有限元模型,根据该类型叶片实际的受力,模拟出连接段在此受力情况下的应力水平,验证了本文提出的装配式风力发电机叶片的结构方案的可行性。通过预应力的施加,保证了连接段在双向弯矩的作用下始终保持受压状态,避免连接处玻璃纤维出现拉应力而出现开裂。(3)然后,设计并制作了装配式风力发电机叶片连接段中一个连接单元的模型试件,并进行了连接单元的拉伸试验,得到了叶片连接单元各部件的应力情况,进一步验证了装配式风力发电机叶片结构方案的可行性。(4)最后,通过有限元软件ABAQUS建立连接段单元的有限元模型,模拟和拉伸试验完全相同的受力情况,得到各部件的应力水平,与试验得到的结果相对比,验证了试验结果的正确性。
【关键词】：装配式风力发电机叶片 T型连接 连接段 模型 有限元分析 ABAQUS
【学位授予单位】：湖南大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 绪论11-31
• 1.1 选题背景及意义11-15
• 1.1.1 选题背景11-13
• 1.1.2 选题意义13-15
• 1.2 风力发电发展概况15-26
• 1.2.1 引言15-17
• 1.2.2 国外风力发电发展概况17-19
• 1.2.3 我国风力发电发展概况19-22
• 1.2.4 海上风力发电发展概况22-26
• 1.3 风力发电机叶片发展概况26-29
• 1.3.1 引言26
• 1.3.2 风力发电机叶片材料的发展概况26-28
• 1.3.3 装配式风力发电机叶片的发展状况28-29
• 1.4 本文主要研究内容29-31
• 第2章 某兆瓦级装配式风力机叶片结构选型31-43
• 2.1 概述31
• 2.2 设计概要31-34
• 2.2.1 T型螺栓32-33
• 2.2.2 连接方案33-34
• 2.3 连接设计34-41
• 2.3.1 螺栓定位34-36
• 2.3.2 螺栓预拉力36-37
• 2.3.3 材料参数37
• 2.3.4 荷载工况37-38
• 2.3.5 理论验证38-40
• 2.3.6 叶片重量的变化40-41
• 2.4 小结41-43
• 第3章 装配式风力发电机叶片连接段有限元分析43-55
• 3.1 概述43
• 3.2 装配式叶片连接段有限元模型的建立43-48
• 3.2.1 实体模型的建立43-46
• 3.2.2 材料属性46
• 3.2.3 网格划分46-47
• 3.2.4 荷载与边界条件47-48
• 3.3 装配式叶片连接段有限元结果分析48-54
• 3.3.1 最大挥舞方向结果分析48-49
• 3.3.2 最小挥舞方向结果分析49-50
• 3.3.3 最大摆振方向结果分析50-51
• 3.3.4 最小摆振方向结果分析51-54
• 3.4 小结54-55
• 第4章 装配式叶片连接段单元比例模型试验研究55-82
• 4.1 概述55
• 4.2 比例模型试验的设计55-61
• 4.2.1 几何相似57-59
• 4.2.2 材料相似59
• 4.2.3 荷载相似59-60
• 4.2.4 连接夹具设计60
• 4.2.5 夹具连接处强度验算60-61
• 4.3 试件的制作和试件的安装61-70
• 4.3.1 试件的制作61-66
• 4.3.2 试件的安装66-67
• 4.3.3 测点布置67-69
• 4.3.4 模型构件的安装69
• 4.3.5 加载制度69-70
• 4.4 材性试验70-71
• 4.4.1 螺杆70
• 4.4.2 玻璃钢70-71
• 4.5 试验数据分析71-80
• 4.5.1 荷载位移曲线71-72
• 4.5.2 螺杆应力应变曲线72
• 4.5.3 玻璃钢应力荷载曲线72-79
• 4.5.4 分段截面处相对位移荷载曲线79-80
• 4.5.5 试验破坏形式80
• 4.6 小结80-82
• 第5章 装配式叶片连接段单元比例模型有限元分析82-93
• 5.1 概述82
• 5.2 连接段单元有限元模型的建立82-83
• 5.3 连接段单元有限元结果分析83-91
• 5.3.1 预应力阶段83-85
• 5.3.2 外力荷载阶段85-86
• 5.3.3 比较分析86-91
• 5.4 小结91-93
• 结论93-95
• 参考文献95-100
• 致谢100-101
• 附录A(攻读学位期间所发表的学术论文目录)101

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