导　　师： 李德源; 梁铭炬

授予学位： 硕士

作　　者： (）;

机构地区： 广东工业大学

摘　　要： 现在风力发电机越来越趋向大型化,这对于叶片的安全性和稳定性都提出了新的更高的要求。风力机后掠式叶片作为一种自适应被动降载的气动布局,可以通过自适应弯扭耦合降低机组极端载荷和疲劳载荷,同时能够改善叶片的气动性能,提高叶片的风能转化效率和功率输出。本文通过有限元数值分析方法和计算流体力学以及流固耦合分析,对后掠式叶片的降载增效相关机理进行了分析研究。首先,为了更准确地数值模拟复合材料风力机叶片的力学特性,根据叶片的几何构型特点与复合材料的力学特性,研究了积叠线为直线和二次曲线的叶片有限元模型的建立方法。使用ANSYS中的APDL语言,采用自下而上的方式,实现了复合材料叶片的三维壳单元模型的参数化的建模,使叶片有限元建模更加高效和准确。分别对直叶片和两种后掠叶片进行数值模态分析。首先对叶片有限元模型进行网格无关性验证,通过对比三种网格数量的叶片的振型和固有频率,选择网格数量合适的有限元模型。通过后掠式叶片的动力特性分析,对比考察了直叶片与后掠式叶片各阶振型的变化规律。利用由节点位移法推导出的弯扭耦合系数描述叶片的弯扭耦合特性,通过在叶尖处施加一个集中力,数值计算出各分析截面节点的位移。利用最小二乘法原理求解叶片等效梁模型的截面参考中心的六个自由度,计算出各截面的弯扭耦合系数,并通过加权平均法计算整个叶片的等效弯扭耦合系数,定量研究后掠式叶片的弯扭耦合特性以及后掠量的影响。基于流固耦合方法(Fluid-Structure Interaction),分别建立复合材料直叶片风轮和后掠式叶片风轮的固体有限元模型和流场有限元模型。在额定风速下,对其进行流固耦合分析,分析后掠叶片在流场中的受载情况和额定风速下的变形和应力分布情况,分析叶片后掠对叶片气动性能和结构性能的影响。最后对风轮进行预应力的模态分析,分析叶片后掠对风轮振动的影响。本文的研究工作对于新型的风力机后掠式叶片的设计、在额定风况下的强度校核与疲劳载荷分析方法,具有比较重要的意义。更多还原

关 键 词： 后掠式叶片 复合材料 [4761033]模态分析 弯扭耦合特性 [4478551]流固耦合

分 类 号： [TM315]

领　　域： []