1.5MW风机叶片有限元建模及轻量化设计

发布时间：2017-09-04 13:36

  本文关键词：1.5MW风机叶片有限元建模及轻量化设计

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【摘要】：叶片的大型化,不仅提高了风机的效能,更降低了单位发电量的发电成本。发展风力发电技术对于当今能源行业来说势在必行,随着风机技术的不断完善和发展,机组装机容量也不断增长,这就要求风机叶轮的捕风面积不断扩大,叶轮的捕风面积与叶片半径的平方约成正比关系,叶片长度增加一倍,风机的捕风面积可以比原来的风机增加三倍。叶片尺寸的增加,使得叶片的质量对叶片的设计提出了更高的要求。本文介绍了风力发电机的主要分类和基本工作原理,讨论了用于进行风机叶片设计的基本数学理论模型,基于这些基本模型,得出叶片设计的一般方法。分析了风机在运行过程中所受的载荷来源以及理论计算,基于数学基本理论,计算了设计工况下风机(1.5MW, NACA-4412翼型)的叶片基本几何参数,通过Profili叶片设计软件求得NACA-4412翼型的上下表面坐标,结合风机理论求出的实际翼弦和扭角,将其转换为设计需要的尺寸,进一步通过坐标变换模型,将二维数据点转移到三维空间。利用Solidworks强大的曲面三维空间造型功能,对设计的叶片进行三维建模,通过Simulation算例分析,对叶片三维模型进行应力、应变、以及振动模态的分析。利用M ATLAB对叶片展向的弦长以及扭角进行拟合改进,得到拟合公式,对拟合改进后的叶片进行铺层设计,重新建模,与原有叶片对比分析应力应变、振动模态分布情况,改进的模型能够保证叶片基本力学性能,实现了大型叶片的轻量化设计的目的。
【关键词】：大型风机叶片 Profili 拟合改进 铺层设计 Solidworks 有限元分析 轻量化
【学位授予单位】：辽宁工程技术大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315
【目录】：

• 致谢4-5
• 摘要5-6
• Abstract6-10
• 1 绪论10-15
• 1.1 本课题的提出10-11
• 1.2 风机叶片研究现状11-13
• 1.3 研究内容及意义13-15
• 2 风机概述及叶片设计基本原理15-30
• 2.1 风机类型与基本参数15-17
• 2.2 叶片设计参数对风机功率的影响17-21
• 2.3 叶片设计基本理论21-29
• 2.4 本章小结29-30
• 3 1.5MW风力机叶片的设计30-45
• 3.1 风机叶片的载荷30-34
• 3.2 叶片运行的风速34-35
• 3.3 风机叶片的几何尺寸的计算35-42
• 3.3.1 叶片展长和叶尖速比的确定36-38
• 3.3.2 叶片不同旋转半径处弦长和扭角的确定38-40
• 3.3.3 翼型数据转换40-42
• 3.4 Solidworks三维建模42-44
• 3.5 本章小结44-45
• 4 叶片轻量化设计45-56
• 4.1 叶片的设计原则45-48
• 4.1.1 叶片强度45-48
• 4.1.2 叶片铺层材料要求48
• 4.2 叶片几何尺寸的拟合改进48-49
• 4.2.1 叶片弦长的MATLAB拟合改进48-49
• 4.3 叶片铺层设计49-55
• 4.3.1 叶片铺层材料49
• 4.3.2 铺层设计49-51
• 4.3.3 铺层改进51-55
• 4.4 本章小结55-56
• 5 风机叶片的有限元分析56-65
• 5.1 静力学分析56-58
• 5.1.1 静应力求解过程56-57
• 5.1.2 静应力分析结果57-58
• 5.2 振动模态分析58-62
• 5.3 流场分析62-64
• 5.3.1 建立叶轮有限元模型62
• 5.3.2 流场分析步骤62-63
• 5.3.3 流场分析结果63-64
• 5.4 本章小结64-65
• 6 结论与展望65-66
• 6.1 结论65
• 6.2 展望65-66
• 参考文献66-70
• 作者简历70-72
• 学位论文数据集72

【参考文献】

中国期刊全文数据库 前10条

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本文编号：791853