风力机叶片载荷与其位移及应力/应变的耦合研究

发布时间：2024-06-28 21:53

　　风能作为一种重要的清洁可再生的能源,受到世界各国的青睐,风力发电已经成为很多国家的主要的能源来源。随着风力发电技术的日趋成熟,风电机组的单机容量越来越大,由此带来风力机风轮直径尺寸增大,风轮的主要组成部件叶片的尺寸和重量也相应的增加。风力机叶片作为风力发电机组中重要的能量转换和受力部件,在实际的运行工作中受到多种载荷的作用,风力机叶片容易产生较大变形,以及造成叶片结构应变/应力的集中,从而影响风力机组的安全运行和叶片的使用寿命。因此,对风力机叶片载荷与其位移变形、应力/应变耦合的研究具有重大的理论研究意义和较大的工程应用价值。重力载荷、惯性载荷和气动载荷是风力机叶片运行中承受的主要载荷,叶片载荷分析的复杂性主要源于各种载荷的耦合特性。本文参照某1.5MW风力机叶片的气动外形设计,基于相似理论,对叶片整体尺寸进行缩小,利用三维建模软件建立本课题研究叶片的实体模型,将模型导入到有限元软件ANSYS中进行叶片的流固耦合计算。利用静力结构分析模块,对风力机叶片模型施加不同载荷进行静力计算,分析了单一载荷工况下叶片变形位移和变形后叶片结构应力应变的分布,通过对单一载荷工况下位移及应力/应变特征分...

【文章页数】：75 页

【学位级别】：硕士

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摘要
Abstract
第一章 绪论
    1.1 本课题的研究背景
        1.1.1 全球风力发电的发展现状
        1.1.2 国内风力发电的发展现状
    1.2 本课题研究目的和意义
    1.3 风力机叶片载荷和应变/应力的研究现状
        1.3.1 风力机叶片载荷的国内外研究现状
        1.3.2 风力机叶片结构应变/应力的国内外研究现状
    1.4 本文研究内容
第二章 风力机的理论基础和叶片载荷分析及建模
    2.1 水平轴风力机的基本理论
        2.1.1 贝茨理论
        2.1.2 动量理论
        2.1.3 叶素理论
        2.1.4 涡流理论
    2.2 水平轴风力机叶片的基本载荷分析
        2.2.1 气动力载荷
        2.2.2 重力载荷
        2.2.3 离心力载荷
    2.3 风力机叶片三维实体建模
        2.3.1 叶片截面翼型的选择
        2.3.2 叶片各个剖面翼型空间实际坐标
        2.3.3 利用Solidworks建立实体模型
    2.4 本章小结
第三章 基于ANSYS风力机叶片的流固耦合和静力计算分析
    3.1 流固耦合理论基础
        3.1.1 流体控制方程
        3.1.2 固体控制方程
        3.1.3 流固耦合方程
        3.1.4 单向流固耦合分析
    3.2 流固耦合的参数设置
        3.2.1 计算流程和模块连接
        3.2.2 流场计算域和网格划分
        3.2.3 计算域边界条件设置
        3.2.4 求解器设置
        3.2.5 静力结构计算分析
    3.3 结果及分析
        3.3.1 风力机叶片静压力分布分析
        3.3.2 不同载荷工况下风力机叶片变形分析
        3.3.3 风力机叶片应变/应力分析
    3.4 本章小结
第四章 风力机叶片变形位移试验
    4.1 试验方法及原理
        4.1.1 DIC测试方法原理
        4.1.2 立体摄像原理
    4.2.试验材料及设备仪器
        4.2.1 风电叶片材料及尺寸
        4.2.2 试验仪器设备
    4.3 试验内容及过程
        4.3.1 试验内容
        4.3.2 试验过程
    4.4 试验结果分析
        4.4.1 60°位置叶片在不同转速工况下的变形位移
        4.4.2 -60°位置叶片在不同转速工况下的变形位移
        4.4.3 试验与模拟对比分析
    4.5 本章小结
结论与展望
参考文献
致谢
在读期间取得的科研成果



本文编号：3996717