风力机叶片的设计与有限元分析

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1、万方数据风力机叶片的设计与有限元分析作者姓名：专业名称：指导教师：论文提交日期：论丈答辩日期：授予学位日期：入学时间：研究方向：职称：缝且燧篮盎一}万方数据THEDESIGNANDFINITEELEMENTANALYSIS0FWINDTURBINEBLADEADissertationsubmittedinfulfillmentoftherequirementsofthedegreeofMASTERoFPHILoSoPHYfromShandongUniversityofScienceandTechnology

2、byWuJialongSupervisor：AssociateProfessorZhangMinghuiCollegeofMechanicalandElectronicEngineeringMay2014㈣0㈣9㈣0眦7帆7帆6眦2呲Y万方数据声明本人呈交给山东科技大学的这篇硕士学位论文，除了所列参考文献和世所公认的文献外，全部是本人在导师指导下的研究成果。该论文资料尚没有呈交于其它任何学术机关作鉴定。硕士生签名：日AFFIRMATIoN期：№侔、反fpIdeclarethatthisdissertatio

3、n，submittedinfulfillmentoftherequirementsfortheawardofMasterofPhilosophyinShandongUniversityofScienceandTechnology,iswhollymyownworkunlessreferencedofacknowledge．Thedocumenthasnotbeensubmittedforqualificationatanyotheracademicinstitute．Signat一瞰协哆Date：V1‰6、

4、}o万方数据山东科技大学硕士学位论文摘要随着地球上可利用的常规能源的日渐匮乏，“能源危机”越来越引起人们的重视。为满足人们的日常生活和工业生产对能源的需求，人们迫切需要开发出新的、清洁的、可再生能源。风能是一种取之不尽、用之不竭的可再生能源。有着巨大的发展潜力和广阔的应用前景。风力发电将成为世界电力发展的潮流和趋势。风力机在风力发电中得到广泛的运用。叶片是风力机最为关键的构件之一，其设计的好坏直接关系着风能的利用效率和风力发电的经济效益。本文基于动量叶素理论，以各叶素的风能利用系数最大为优化目标，利用MAT

5、LAB优化工具箱对200kW水平轴风力机叶片进行编程并求解，并对设计结果进行插值和拟合，得出合理的叶片外形数据。同时考虑叶尖损失系数、轮毂损失系数对叶素理论进行了修正，并结合葛劳渥特理论和叶栅理论对叶片进行气动性能及载荷计算。采用简化设计方法对叶片进行初步的结构设计，得出叶片各段剖面的厚度，运用玻璃纤维复合材料对叶片进行铺层设计。利用MATLAB将叶片各截面的二维翼型数据转换为三维空间坐标，在ANSYS中建立风力机叶片的有限元模型，并对其进行结构动力学分析，得出叶片应力随时间的变化曲线，并结合Tsai．Wu

6、强度准则对应力最大时的叶片进行强度校核。最后计算出叶片的固有频率和振型。研究表明，采用叶片结构的简化设计法和在ANSYS中直接建立叶片有限元模型的方法简便可行，易于施加载荷及边界条件，提高了计算分析的效率，可以应用于各种工况下风力机叶片的计算分析。经过动力学分析可知叶片在运行时满足强度要求，并且不会发生共振，为进一步的研究提供了一定的借鉴意义。关键词：风力机叶片，动量叶素理论，气动外形设计，结构设计，动力学分析万方数据山东科技大学硕士学位论文摘要ABSTRACTAlongwiththeavailableco

7、nventionalenergyonearthgraduallyreducing，peoplepaymoreandmoreattentiontothequestionofthe”energycrisis”．Inordertomeettheneedsofpeople’Sdailylifeandindustrialproductionofenergydemand，itisurgenttodevelopanew,clean，renewableenergy．Windenergyisaninexhaustiblean

8、drenewableenergy．Ithashugedevelopmentpotentialandbroadprospectofapplication．Windpowerwillbecomethetrendofworldpowerindustrydevelopment．Thewindturbineiswidelyusedinwindpowergeneration．Thebladeisoneofthekeycomp