风力发电机叶片结构有限元分析

叶片是风力发电机将风能转化为机械能的重要部件之一,是获取较高风能利用系数和经济效益的基础。从全球风力发电的现状和趋势来看,风电装机容量逐年上涨,考虑到风力发电的环保性和可操作性,风力发电还有巨大的发展空间。本文通过对风力发电机组叶片技术和研究现状进行分析,总结现有叶片设计和分析校核中存在的问题,结合叶片工作特性进行考虑,鉴于纤维增强复合材料已成为叶片制造过程中使用的主要材料,对基于叶片初步设计软件平台设计的复合材料风机叶片进行分析和校核,以保证风机叶片结构初步设计的可行性、合理性以及经济性。本文主要研究内容如下： 1.叶片多工况载荷计算 本文将借助Bladed软件进行风力发电机组参数设定,对叶片多工况载荷进行分析和后处理,计算指定变量的最大值、最小值和此时其他变量的值,为后续的有限元分析提供数据基础。 2.叶片的参数化建模 本文将叶片沿伸展方向分为14个截面,通过坐标变换将翼型数据转换为空间坐标,采用ANSYS中的APDL参数化语言进行关键点、曲线及面的建模,并通过实常数的设置对叶片复合材料铺层角度、厚度及材料特性进行模拟,利用自由网格划分模式将叶片离散为节点。若要对不同的叶片进行建模,只需要将相关数据进行修改从而准确、快捷地生成用户所需风力发电机叶片模型。 3.叶片的有限元分析 本文根据对风力发电机工作状况进行分析,计算极端工况下的极限载荷,对风力机叶片进行强度分析和刚度分析,为叶片初步设计进行校核分析；同时计算叶片的固有频率,避免发生共振；考虑到叶片发生失稳对其进行稳定性分析,求得失稳载荷,这将对风力机叶片软件设计平台中复合材料叶片结构设计起到良好的指导作用。该方法同样适用于其它叶片结构的分析与校核。