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風(fēng)力機(jī)葉片的有限元分析
盧取 2019/2/26 20:36:11
摘要：通過Solidworks軟件對(duì)3MW風(fēng)力機(jī)葉片進(jìn)行建模，然后基于ANSYS 和Workbench分別對(duì)其進(jìn)行模態(tài)分析和流固耦合分析，其中流固耦合分析中的結(jié)構(gòu)靜力分析部分也使用到了ANSYS Mechanical APDL。其中模態(tài)分析結(jié)果表示：葉片的振型以擺振和彎曲為主，其一階模態(tài)頻率分別為 0.34Hz，能順利的避開外在激勵(lì)頻率，避免了共振現(xiàn)象的發(fā)生。流固耦合分析對(duì)額定風(fēng)載進(jìn)行了數(shù)值模擬仿真，通過結(jié)構(gòu)靜力分析，對(duì)葉片的受力，變形情況有了一個(gè)基本的了解，其中葉片在額定風(fēng)載情況下的最大應(yīng)力為56MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)低于其實(shí)測(cè)拉伸強(qiáng)度的720MPa。在11級(jí)風(fēng)載下的應(yīng)力云圖顯示其所受的最大應(yīng)力為83.8MPa，滿足其材料的強(qiáng)度要求。該分析對(duì)進(jìn)一步的疲勞分析和優(yōu)化設(shè)計(jì)等提供了參考和依據(jù)。
關(guān)鍵詞：葉片建模；模態(tài)分析；流固耦合分析；結(jié)構(gòu)靜力分析
Abstract: Through the Solidworks software build the blade model which power is 3 MW. Then based on the ANSYS and Workbench software,the analysis of modal and fluid-structure interaction.And the Static structural analysis is used the ANSYS Mechanical APDL too.The modal analysis results show that the vibration modes of this blade are presented as Shimmy and bending,The first modes frequency is 0.34Hz.And it can avoid the external excitation frequency well,Avoid the resonance phenomenon occurs.The analysis of fluid-structure interaction have do a numerical simulation about Rated wind load,through the Static structural analysis we have a basic understanding of the stress and deformation about the blade. And the maximum stress of the blade is 56MPa under the rated wind load.Far lower than the Measured tensile strength of 720MPa.And under the 11 rating wind load.The stress cloud show that maximum stress is 83.8MPa,Meet the strength of the material requirements.This analysis provides a reference and basis for further fatigue analysis and optimization design.
Keywords: Blade modeling；Modal analysis；Fluid-structure interaction analysis；Static structural analysis
1 概述
風(fēng)能是地球表面大量空氣流動(dòng)所產(chǎn)生的動(dòng)能，風(fēng)能量具有取之不盡、用之不竭、就地可取、不需運(yùn)輸、廣泛分布、不污染環(huán)境、不破壞生態(tài)、周而復(fù)始、可以再生等諸多優(yōu)點(diǎn)。人類利用風(fēng)能的歷史可以追溯到西元前，但數(shù)千年來，風(fēng)能技術(shù)發(fā)展緩慢，沒有引起人們足夠的重視。但自1973年世界石油危機(jī)以來，在常規(guī)能源告急和全球生態(tài)環(huán)境惡化的雙重壓力下，風(fēng)能作為新能源的一部分才重新有了長足的發(fā)展。風(fēng)能作為一種無污染和可再生的能源有著巨大的發(fā)展?jié)摿�，特別是對(duì)沿海島嶼，交通不便的邊遠(yuǎn)山區(qū)，地廣人稀的草原牧場(chǎng)，以及遠(yuǎn)離電網(wǎng)和近期內(nèi)電網(wǎng)還難以達(dá)到的農(nóng)村、邊疆，作為解決生產(chǎn)和生活能源的一種可靠途徑，有著十分重要的意義。即使在發(fā)達(dá)國家，風(fēng)能作為一種高效清潔的新能源也日益受到重視。
風(fēng)力機(jī)葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組承受風(fēng)載的關(guān)鍵部件。一個(gè)優(yōu)良的葉片應(yīng)該具有高的捕風(fēng)能力、高壽命并且能夠承受當(dāng)?shù)貥O限風(fēng)載的能力。（未完，下一頁）
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