風力機葉片的設(shè)計與結(jié)構(gòu)特性分析.pdf

1、根據(jù)陸地、近海及深海所處環(huán)境及工況的不同，本文設(shè)計了1.5MW、3MW及5MW水平軸風力機葉片，并分別對這三種不同兆瓦級風力機葉片進行了模態(tài)分析；然后以5MW風力機為研究對象，進行了風力機流場數(shù)值仿真計算分析和單向流固耦合分析；最后對5MW風力機進行了模態(tài)分析。論文主要做了以下工作：
　　1.根據(jù)葉素動量理論，考慮葉尖損失模型，使用威爾森理論模型對1.5MW、3MW和5MW風力機葉片進行了葉片氣動外形的設(shè)計計算，得到了葉片不同葉展

2、處扭角、弦長等幾何參數(shù)。
　　2.通過坐標轉(zhuǎn)換，將設(shè)計計算得到的葉片幾何參數(shù)，轉(zhuǎn)換為葉片三維空間數(shù)據(jù)，利用參數(shù)化三維造型建模軟件Pro/E完成了1.5MW、3MW和5MW風力機葉片及整機實體建模。
　　3.在無外界激振力的條件下，分別對1.5MW、3MW和5MW風力機葉片進行了模態(tài)分析。得到了這三種不同兆瓦級風力機葉片的模態(tài)頻率和振型等振動特性，并對其模態(tài)結(jié)果進行了分析研究，結(jié)果表明：所設(shè)計的三種不同兆瓦級風力機葉片的固有頻

3、率與風輪高度處風的湍流激勵頻率不重合，并且風力機從啟動到正常運轉(zhuǎn)過程中都不會與葉片固有頻率重合，不會產(chǎn)生共振。
　　4.在額定風速的條件下，進行了5MW風力機的流場數(shù)值仿真，并通過分析計算得出了所設(shè)計風力機的實際輸出功率和實際風能利用系數(shù)，誤差值都在允許的范圍內(nèi)，并分析了產(chǎn)生設(shè)計誤差的原因。通過流場仿真計算得到了5MW風力機葉片表面壓力分布及葉展不同位置處各截面的壓力分布，并對其進行了分析，分析結(jié)果表明葉片表面及各截面處的壓力分布

4、，均與風力機做功特性相符合。
　　5.進行了5MW風力機的單向流固耦合分析。將流場數(shù)值計算得到的氣動力作為結(jié)構(gòu)動力學模塊的輸入數(shù)據(jù)，并對風力機加載重力和風輪旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的離心力，通過計算得到了5MW風力機葉片的等效應力和應力強度結(jié)果，并對計算結(jié)果進行了分析研究。然后根據(jù)第三強度理論，對風力機葉片的結(jié)構(gòu)強度進行了校核，葉片滿足強度要求。
　　6.在無外界激振力、有氣動力、有離心力的條件下，分別對5MW風力機進行了模態(tài)分析，得到了風