大型風電機組葉片鋪層設計及有限元數(shù)值模擬研究

【摘要】：隨著風電機組單機容量的不斷增大,葉片的長度和重量也迅速增大,這對葉片結構的設計帶來了很大的挑戰(zhàn)。開展風電機組葉片結構鋪層設計方面的研究對提高葉片的安全性、可靠性具有重要的意義。 首先研究了復合材料風電機組葉片結構的鋪層設計方法。根據(jù)美國可再生能源實驗室提出的經(jīng)驗公式對蒙皮和葉根加強層的鋪層設計方法進行了探討,運用復合材料經(jīng)典層合板理論并結合牛頓迭代法編寫MATLAB程序?qū)α好边M行了鋪層設計,運用夾層板的剛度分析方法并結合牛頓迭代法對尾緣區(qū)域和剪切腹板進行了抗屈曲失穩(wěn)設計。根據(jù)所提出的設計方法,對1.5MW風電機組葉片的蒙皮、梁帽、腹板、尾緣區(qū)域、剪切腹板以及葉根加強層的鋪層厚度進行了求解。 其次研究了復合材料風電機組葉片的有限元建模方法。基于1.5MW風電機組葉片模型,分別從空間坐標求解、實體模型建立、幾何模型導入、有限元網(wǎng)格模型劃分、邊界條件施加以及鋪層設計方面進行了詳細的論述。 最后基于1.5MW風電機組葉片模型,借助有限元軟件分析了其不同區(qū)域的應力特征,包括前緣區(qū)域、梁帽、腹板以及尾緣區(qū)域,并且運用不同的強度準則對其進行了校核分析,分析結果表明：相對Tsai-Hill準則和Tsai-Wu準則,Hoffman準則對前緣區(qū)域、腹板和尾緣區(qū)域雙向布材料的校核分析更加安全：相對Hoffman準則,Tsai-Hill準則或Tsai-Wu準則對梁帽雙向布材料的校核分析更加安全；相對Hoffman準則和Tsai-Wu準則,Tsai-Hill準則對梁帽單向布材料的校核分析更加安全。 【關鍵詞】：風電機組 葉片結構 鋪層 復合材料 強度準則
【學位授予單位】：華北電力大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2012
【分類號】：TM315
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-9
• 第1章 緒論9-13
• 1.1 研究背景及意義9-10
• 1.2 研究現(xiàn)狀10-12
• 1.2.1 國外研究現(xiàn)狀11-12
• 1.2.2 國內(nèi)研究現(xiàn)狀12
• 1.3 論文研究內(nèi)容12-13
• 第2章 風電機組葉片鋪層設計13-36
• 2.1 引言13
• 2.2 復合材料鋪層設計原則13-15
• 2.3 葉片鋪層設計方法研究15-23
• 2.3.1 蒙皮鋪層設計16-17
• 2.3.2 梁帽鋪層設計17-21
• 2.3.3 尾緣區(qū)域和剪切腹板鋪層設計21-23
• 2.3.4 葉根加強層鋪層設計23
• 2.4 1.5MW葉片鋪層設計23-35
• 2.4.1 載荷計算27-31
• 2.4.2 鋪層厚度計算31-34
• 2.4.3 計算結果分析34-35
• 2.5 本章小結35-36
• 第3章 風電機組葉片有限元模型建立36-48
• 3.1 引言36
• 3.2 有限元法36-37
• 3.3 葉片的三維建模37-39
• 3.3.1 葉片空間坐標求解37-38
• 3.3.2 葉片三維模型建立38-39
• 3.4 葉片的有限元建模39-47
• 3.4.1 有限元網(wǎng)格模型建立39-40
• 3.4.2 邊界條件施加40-41
• 3.4.3 載荷后處理41-44
• 3.4.4 鋪層模型44-46
• 3.4.5 有限元模型驗證46-47
• 3.5 本章小結47-48
• 第4章 風電機組葉片強度校核分析48-74
• 4.1 引言48
• 4.2 復合材料的強度準則48-51
• 4.2.1 最大應力準則48-49
• 4.2.2 最大應變準則49
• 4.2.3 Tsai-Hill準則49
• 4.2.4 Hoffman準則49-50
• 4.2.5 Tsai-Wu應力準則50-51
• 4.3 不同強度準則下的葉片鋪層應力校核分析對比51-73
• 4.3.1 前緣區(qū)域鋪層應力校核對比分析52-56
• 4.3.2 梁帽鋪層應力校核對比分析56-61
• 4.3.3 腹板鋪層應力校核對比分析61-69
• 4.3.4 尾緣區(qū)域鋪層應力校核對比分析69-73
• 4.4 本章小結73-74
• 第5章 結論與展望74-76
• 5.1 結論74-75
• 5.2 研究展望75-76
• 參考文獻76-79
• 在校期間發(fā)表論文和參加科研情況79-80
• 致謝80

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