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风机叶片聚氨酯涂层的雨蚀研究

发布时间:2022-04-23 15:23
  风电是一种区别于传统能源的新型能源,具有环境友好,方便清洁,经济高效等优点。随着人们对传统能源弊端的认识不断加深,越来越多的国家将风电作为未来发展的一个重点。在实际运行过程中,风机叶片的叶尖速度可达到100m/s以上。没有涂层保护的叶片长期暴露在自然环境中,会很快磨损、老化,甚至发生破坏。由此可见,涂层在叶片的工作过程中的作用很重要。本文对风机叶片涂层在雨蚀作用下的力学响应进行了理论分析,数值模拟和试验研究,探讨了雨蚀作用下涂层失效的机理,并在此基础上提出了涂层的材料选择、参数优化方法。首先,本文对风电叶片涂层的雨滴碰撞进行了分析研究,探讨了各项冲击参数对涂层应力及形变的影响,并进一步进行了涂层的参数优化。结果发现涂层应力与雨滴的冲击角度呈线性相关,而且,涂层应力会随着雨滴粒径的增大而快速增大。涂层厚度的增加,可以使得涂层表面压应力快速降低,最后趋于平稳。降低涂层模量能显著降低受冲击时涂层中的拉应力,在高模量和低模量两种涂层配合使用时,模量较低的涂层在表面时可以适量降低涂层所受的拉伸应力,较大的增加压缩应力。此外,本文还研究了雨滴耦合冲击的情况,考察了雨滴间距和高度差的变化对涂层应力应... 

【文章页数】:72 页

【学位级别】:硕士

【文章目录】:
摘要
abstract
第一章 绪论
    1.1 研究背景及意义
        1.1.1 中国风能资源
        1.1.2 雨蚀情况
        1.1.3 风机叶片常用涂层选择
    1.2 国内外研究现状
    1.3 本文研究的目的及主要内容
第二章 叶片模拟相关理论介绍
    2.1 叶片在流场中的数值模拟
        2.1.1 雨载荷的确定
        2.1.2 流体力学基础
    2.2 叶尖涂层与雨滴的碰撞方法简介
        2.2.1 光滑粒子流体动力学方法(SPH)
        2.2.2 LS-DYNA碰撞分析介绍
    2.3 本章小结
第三章 叶片雨蚀研究数值模拟
    3.1 叶片在流场中的数值模拟
    3.2 单雨滴对涂层碰撞的数值模拟
        3.2.1 SPH-FEM碰撞模型有效性验证
        3.2.2 涂层与雨滴碰撞的冲击历程
        3.2.3 冲击角度对涂层受力的数值模拟
        3.2.4 雨滴直径对涂层的受力的数值模拟
        3.2.5 不同涂层材料在雨滴冲击下的受力状况数值模拟
        3.2.6 涂层厚度对涂层应力及变形的影响
        3.2.7 涂层组合的优化分析
        3.2.8 涂层表面水层对冲击的削弱
    3.3 雨滴耦合效应
        3.3.1 双雨滴耦合的涂层受力分析
        3.3.2 四雨滴耦合的涂层受力分析
        3.3.3 双雨滴冲击的流态分析
    3.4 本章小结
第四章 聚氨酯涂层的性能试验研究及破坏机理分析
    4.1 内聚破坏
        4.1.1 冲击过程引发的内聚破坏
        4.1.2 聚氨酯的固化机理
        4.1.3 气泡缺陷的造成的内聚破坏
    4.2 界面破坏-聚氨酯涂层与基底的界面性能
        4.2.1 涂层附着力测试
        4.2.2 涂层剪应力测试
    4.3 雨蚀状况-雨蚀测试
    4.4 本章小结
第五章 总结与展望
    5.1 总结
    5.2 展望
        5.2.1 本文研究的不足之处
        5.2.2 后续研究重点
致谢
参考文献
攻读学位期间的科研成果


【参考文献】:
期刊论文
[1]几种疲劳可靠性模型的分析与对比[J]. 黄益民,何洁.  机械研究与应用. 2017(06)
[2]风机叶尖涂层抗冲蚀性能数值模拟[J]. 王晓亮.  装备制造技术. 2017(03)
[3]大型风力机风雨结构三场耦合分析[J]. 高乾丰,董辉,邓宗伟,朱志祥,彭文春.  中南大学学报(自然科学版). 2016(03)
[4]大型风力机风雨荷载特性数值研究[J]. 董辉,高乾丰,邓宗伟,朱志祥,彭文春.  振动与冲击. 2015(15)
[5]汽车修补漆用羟基丙烯酸树脂的研制[J]. 吴若安,洪连周,杨鹏程,罗均龙,柳泉润.  广东化工. 2015(14)
[6]有机硅树脂耐高温改性研究进展[J]. 明耀强,胡剑峰,张宇帆,黎永津,瞿金清.  广东化工. 2014(24)
[7]真空灌注工艺中树脂流动性分析[J]. 孙洲,沈葛.  天津科技. 2014(06)
[8]高原铁路捣固车用氟碳涂料耐候性能研究[J]. 曾凡辉,周升,刘含茂.  涂料技术与文摘. 2011(11)
[9]水下爆炸载荷数值模拟方法[J]. 袁建红,朱锡,张振华.  舰船科学技术. 2011(09)
[10]高性能水性聚氨酯风电叶片涂料[J]. 沈剑平,张之涵.  上海涂料. 2011(02)

博士论文
[1]水射流冲击瞬态动力特性及破岩机理研究[D]. 黄飞.重庆大学 2015
[2]高性能透明聚氨酯涂层的制备、结构与性能关系研究[D]. 张军瑞.华南理工大学 2013
[3]基于SPH的流体仿真数值算法及工程应用研究[D]. 焦培刚.山东大学 2010

硕士论文
[1]几何参数对复合材料厚胶层胶接的影响研究[D]. 彭海俊.武汉理工大学 2017



本文编号:3647453

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