冰雹沖擊風(fēng)電葉片的應(yīng)力特性研究

【摘要】：風(fēng)能作為一種無污染、可再生、能量大且前景廣闊的能源,已經(jīng)引起了世界各國的重視及利用。葉片作為風(fēng)力機(jī)的力源,其結(jié)構(gòu)和受力相當(dāng)復(fù)雜,是風(fēng)電系統(tǒng)中最容易出現(xiàn)故障的部位,因此葉片的選材、設(shè)計、健康監(jiān)測及檢測被視為風(fēng)力發(fā)電設(shè)備性能和安全運行的關(guān)鍵。葉片的沖擊應(yīng)力分析可以清晰明確地體現(xiàn)出葉片結(jié)構(gòu)中各區(qū)域抗沖擊能力的強弱以及每個區(qū)域受到?jīng)_擊時的應(yīng)力分布,從而為葉片的結(jié)構(gòu)設(shè)計、各部位材料的鋪層設(shè)計提供重要的參考依據(jù);而且通過應(yīng)力分析可以更加準(zhǔn)確地把握健康監(jiān)測的部位,為傳感器的布置提供重要的理論依據(jù);另外,通過對含預(yù)裂紋葉片的沖擊特性以及裂紋的擴(kuò)展方式研究,為葉片的檢測以及裂紋的修補提供重要的參考價值?；诂F(xiàn)有的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片設(shè)計基礎(chǔ)理論,論文分析了風(fēng)電葉片氣動參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)的構(gòu)成,探討了葉片材料和構(gòu)造形式的選擇,研究了葉片初始結(jié)構(gòu)設(shè)計的理論方法。論文基于風(fēng)電葉片的材料進(jìn)行了冰雹沖擊模擬仿真,分析了平板承受冰雹沖擊時的應(yīng)力特性以及應(yīng)力波的傳播特性,并通過不同材料的沖擊仿真對比,研究了與材料無關(guān)的應(yīng)力特性;應(yīng)用控制變量法研究了沖擊過程中對應(yīng)力造成影響的主要因素。運用葉片初始結(jié)構(gòu)設(shè)計方法對葉片進(jìn)行了初始結(jié)構(gòu)設(shè)計,建立了葉片的三維模型及其有限元模型,基于葉片上結(jié)構(gòu)不同的位置進(jìn)行了冰雹沖擊仿真模擬,詳細(xì)分析了葉片結(jié)構(gòu)對應(yīng)力特性的影響,以及各區(qū)域位置上應(yīng)力及應(yīng)力波傳播的特性,對比了不同結(jié)構(gòu)位置上所體現(xiàn)的應(yīng)力特性差異及其抗沖擊能力的強弱。研究了裂紋的產(chǎn)生及擴(kuò)展機(jī)理,建立了含預(yù)裂紋葉片的有限元模型,分析對比了冰雹沖擊預(yù)裂紋葉片與無損葉片的應(yīng)力特性差異,以及冰雹沖擊裂紋附近不同方位不同角度位置時應(yīng)力特性的差異,并詳細(xì)論述了裂紋的擴(kuò)展趨勢。 【關(guān)鍵詞】：碳纖維增強復(fù)合材料板 風(fēng)電葉片 含預(yù)裂紋葉片 應(yīng)力特性 應(yīng)力波傳播特性
【學(xué)位授予單位】：中北大學(xué)
【學(xué)位級別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2016
【分類號】：TM315
【目錄】：

• 摘要4-6
• Abstract6-11
• 1 緒論11-17
• 1.1 研究背景及意義11-12
• 1.2 國內(nèi)外發(fā)展現(xiàn)狀及趨勢12-13
• 1.2.1 風(fēng)電葉片材料的發(fā)展歷程及現(xiàn)狀12-13
• 1.2.2 冰雹沖擊復(fù)合材料研究現(xiàn)狀13
• 1.3 風(fēng)電葉片的主要缺陷種類13-15
• 1.3.1 生產(chǎn)制作缺陷13-14
• 1.3.2 運輸及安裝造成的損傷缺陷14
• 1.3.3 葉片服役損傷缺陷14-15
• 1.4 本論文的主要研究內(nèi)容及組織安排15-16
• 1.5 本章小結(jié)16-17
• 2 風(fēng)電葉片基本理論及參數(shù)計算依據(jù)17-25
• 2.1 葉片主要參數(shù)17-20
• 2.1.1 幾何參數(shù)17-19
• 2.1.2 結(jié)構(gòu)參數(shù)19-20
• 2.2 葉片結(jié)構(gòu)理論基礎(chǔ)20-22
• 2.2.1 葉片材料的選取20-21
• 2.2.2 葉片構(gòu)造形式的選擇21-22
• 2.3 葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計理論22-23
• 2.4 本章小結(jié)23-25
• 3 冰雹對風(fēng)電葉片材料的沖擊特性仿真分析25-43
• 3.1 數(shù)值模型的建立25-27
• 3.2 冰雹沖擊平板的應(yīng)力特性分析27-36
• 3.2.1 碳纖維復(fù)合材料板27-32
• 3.2.2 玻璃纖維復(fù)合材料板32-36
• 3.3 影響因素36-40
• 3.3.1 冰雹質(zhì)量對沖擊應(yīng)力的影響36-37
• 3.3.2 速度對沖擊應(yīng)力的影響37-39
• 3.3.3 板厚對沖擊應(yīng)力的影響39-40
• 3.4 結(jié)果討論40-41
• 3.5 本章小結(jié)41-43
• 4 冰雹對風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)的沖擊特性仿真分析43-59
• 4.1 葉片模型的建立43-45
• 4.1.1 模型參數(shù)的確定43-44
• 4.1.2 葉片模型及研究段有限元模型44-45
• 4.2 沖擊過程仿真及分析45-57
• 4.2.1 冰雹作用在葉片后緣與后抗剪腹板之間47-52
• 4.2.2 冰雹作用在主梁上52-55
• 4.2.3 冰雹作用在前抗剪腹板與前緣之間55-57
• 4.3 結(jié)果討論57
• 4.4 本章小結(jié)57-59
• 5 含預(yù)裂紋的葉片沖擊特性仿真分析59-83
• 5.1 含預(yù)裂紋葉片有限元模型的建立59-61
• 5.2 沖擊應(yīng)力與裂紋之間的相互影響61-81
• 5.2.1 預(yù)裂紋對沖擊應(yīng)力特性的影響61-79
• 5.2.2 裂紋在應(yīng)力作用下的擴(kuò)展79-81
• 5.3 結(jié)果討論81-82
• 5.4 本章小結(jié)82-83
• 6 總結(jié)與展望83-87
• 6.1 總結(jié)83-84
• 6.2 展望84-87
• 附錄87-97
• 參考文獻(xiàn)97-100
• 攻讀碩士期間發(fā)表的論文及所取得的研究成果100-101
• 致謝101-102

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