风力机部件在风荷载下的响应及疲劳分析

发布时间：2021-04-23 07:52

　　绿色能源在国家安全与发展中的地位日益提升,风力发电机已经成为当下社会关注的焦点。风力机所处工作环境恶劣,受到来自各个方向的随机风荷载,其外形特征以及荷载特性决定了疲劳破坏是其主要的破坏形式,风力机各主要部件的疲劳寿命影响风力机的整体寿命,因此对风力机各主要部件进行响应以及疲劳分析具有重要意义。本文介绍了平均风和脉动风的概念以及相关特性,研究风对结构的作用,建立了1.5MW水平轴风力机叶片、塔架、轮毂的有限元模型,模拟得到脉动风速时程,利用风速风压关系得到风压时程,数值计算得到风力机各部件在风荷载下的应力、位移响应,对风力机的疲劳寿命进行估计,主要工作如下:1.建立了风力机叶片运行至不同位置的有限元模型,根据Betz理论得到风力机所受等效静力风荷载,考虑重力荷载和转动角速度的作用,选取叶片运行至位置1计算其在三种不同荷载情况下的响应,并对结果进行分析。2.考虑风荷载、重力荷载和转动角速度影响的情况,加载至叶片三种不同位置,利用ANSYS的静力分析功能计算三种不同位置处的应力和位移,并对结果进行对比。3.采用线性滤波法模拟脉动风荷载,确定叶片的热点位置,根据风速风压转换关系得到风压时程,用... 

【文章来源】：兰州理工大学甘肃省

【文章页数】：61 页

【学位级别】：硕士

【文章目录】：
摘要
Abstract
第1章 绪论
    1.1 课题背景及意义
    1.2 风力机的发展及类型
    1.3 国内外风力机研究现状
        1.3.1 风力机结构风振响应
        1.3.2 风力机结构疲劳寿命研究
    1.4 本文的主要工作
第2章 风荷载特性
    2.1 引言
    2.2 平均风荷载
        2.2.1 基本风压
        2.2.2 风剖面
        2.2.3 风速和风压的关系
    2.3 脉动风荷载
        2.3.1 湍流强度和湍流积分尺度
        2.3.2 风谱
        2.3.3 脉动风的空间相关函数
    2.4 风荷载对结构的作用
        2.4.1 顺风向风振响应
        2.4.2 结构的风振响应
    2.5 本章小结
第3章 风力机叶片风荷载下的拟静力响应
    3.1 引言
    3.2 风力机叶片的有限元模型
    3.3 叶片等效静力风荷载的计算
        3.3.1 风力机叶片的等效风荷载
        3.3.2 风力机叶片三种加载情况
        3.3.3 风力机叶片等效风荷载的计算
    3.4 风力机叶片等效静力风荷载下的响应
        3.4.1 三种加载情况的对比
        3.4.2 三种运行位置处结构的响应
    3.5 本章小结
第4章 风力机叶片的风振响应
    4.1 引言
    4.2 顺风向风荷载
    4.3 脉动风压的模拟
        4.3.1 线性滤波法
        4.3.2 风力机叶片风速时程模拟
        4.3.3 脉动风压时程模拟
    4.4 风力机叶片风振响应动力时程分析
        4.4.1 动力时程分析理论
        4.4.2 风力机叶片脉动风荷载下的动力响应
            4.4.2.1 叶片热点部位的确定
            4.4.2.2 风力机叶片动力响应分析
    4.5 本章小结
第5章 风力机主要部件疲劳分析
    5.1 疲劳累积损伤理论
        5.1.1 线性疲劳累积损伤理论
    5.2 疲劳性能曲线
    5.3 风速分布
        5.3.1 风速分布模型
        5.3.2 估算参数C和K的方法
        5.3.3 风力机叶片疲劳寿命估算
        5.3.4 风力机塔架疲劳寿命估算
        5.3.5 风力机轮毂疲劳寿命估算
    5.4 本章小结
结论
参考文献
致谢
附录A 攻读学位期间所发表的学术论文目录


【参考文献】：
期刊论文
[1]风力机主轴载荷计算及疲劳寿命研究[J]. 萨仁高娃,熊晓燕.  中国农机化学报. 2015(02)
[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]水平轴风力机等效静力风荷载下的响应分析[J]. 王博,宋曦.  甘肃科学学报. 2014(04)
[4]风波联合作用下5MW海上风力机的疲劳载荷特性分析[J]. 安利强,孙少华,周邢银.  可再生能源. 2014(07)
[5]基于连续型风速风向联合概率分布的风致结构疲劳分析方法研究[J]. 林涛涛,陈隽,李想,张晓琴.  振动与冲击. 2014(12)
[6]大型风力机柔性叶片在运行工况下的内力分析[J]. 徐磊,李德源.  四川理工学院学报(自然科学版). 2014(03)
[7]兆瓦级风力发电机叶片载荷计算[J]. 庄恒东,黄辉秀,徐阳.  玻璃钢/复合材料. 2014(05)
[8]基于时域载荷的海上风机基础结构疲劳分析[J]. 盛振国,任慧龙,甄春博,王永岐.  华中科技大学学报(自然科学版). 2014(04)
[9]Dynamic Simulation on Collision Between Ship and Offshore Wind Turbine[J]. 丁红岩,朱奇,张浦阳.  Transactions of Tianjin University. 2014(01)
[10]基于Matlab的大型兆瓦级风电机脉动风速时程数值模拟[J]. 曹玉生,包格日乐图.  内蒙古工业大学学报(自然科学版). 2013(04)

硕士论文
[1]风力机叶片疲劳寿命估算方法研究[D]. 张建华.吉林大学 2013
[2]海上风机支撑结构疲劳寿命分析方法研究[D]. 田茂金.大连理工大学 2013
[3]海上风机基础在风浪作用下的动力分析与疲劳分析[D]. 夏露.大连理工大学 2012
[4]水平轴风力机载荷的统计分析与计算[D]. 陈继传.华北电力大学 2011



本文编号：3154942