【正文】 老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、知識(shí)淵博、刻苦鉆研的精神，給我留下了深刻的印象并使我終生受益。 共 37 頁 第 33 頁 本文以風(fēng)機(jī)葉片為研究對(duì)象，采用 NACA 系列翼型，在葉片的數(shù)據(jù)采集、三維建模和強(qiáng)度分析等方面進(jìn)行了研究，主要工作及結(jié)論如下 : ，系統(tǒng)地介紹了風(fēng)機(jī)葉片的幾種葉展形狀設(shè)計(jì)模型，并采用了 NACA4412 翼型，使用 Profili 軟件采集葉素?cái)?shù)據(jù)，得到可用于三維建模的數(shù)據(jù)序列。因此，在優(yōu)化時(shí)應(yīng)從以下方面著手 [20]： 1）翼型。從圖中可以看出，工況下 X方向的最大位移發(fā)生在葉尖處，其值為 mEX a x, ??? ，最小位移發(fā)生在葉根處，其值為mEX a x, ???? X方向應(yīng)力圖如圖 39 所示。 表 31風(fēng)機(jī)葉片所受的簡化集中力載荷和彎矩載荷 共 37 頁 第 23 頁 模型中將升力載荷加在 X 方向，將阻力載荷與重力載荷加在 Y 方向，將慣性載荷加在 Z方向。 GUI 命令為“ Preprocessor— Meshing— Meshing Tool”進(jìn)行網(wǎng)格劃分，劃分網(wǎng)格后如圖 34所示： 共 37 頁 第 21 頁 圖 34 葉片網(wǎng)格劃分 定義約束 在有限元分析中載荷包括內(nèi)外環(huán)境對(duì)物體的作用和邊界條件，包括自由度、集中載荷、面載荷、體載荷和慣性載荷。39。 周向氣動(dòng)力： ? ?2221112 ??? uauau VVVVzg RP ?? （ 36） 60nDV iiu ?? i=1， 2， 3? .. （ 37） iuV 葉輪葉片進(jìn)口邊的圓周速度； iD 葉輪葉片進(jìn)出口邊的直徑； n轉(zhuǎn)速 minr ， 1D ,n 已知； 21,?? 進(jìn)出口氣體重度； 21,PP 進(jìn)出口氣體壓力； a軸向坐標(biāo)； u軸向坐標(biāo) ? ?21021 RRPM uai ?? ? ?2021 iaui RRPM ?? 坐標(biāo)變換：將彎矩投影到葉片界面的主 慣性軸η，ζ上 iaiiiai MMM ??? s inc o s ?? （ 38a） iaiiuii MMM ??? c o ss in ?? （ 38b） 共 37 頁 第 19 頁 式中：α是η與 X 軸的夾角 氣動(dòng)彎曲應(yīng)力： ? ? ? ? ? ?i ,ii i,i,M???? ??? JJM CBACBACBA ?氣彎 （ 39） 式中 J 為慣性矩。本文所要研究的作用在風(fēng)力機(jī)上的載荷主要包括：空氣動(dòng)力載荷（升力和阻力）、重力載荷、慣性力載荷、葉片上的載荷 [16]。 1） 翼弦長度 連接翼型前、后緣點(diǎn)的直線長度稱為翼型長度。 在 pro/e 中通過各個(gè)葉素的樣條曲線，創(chuàng)建整個(gè)葉片的自由扭曲的曲面形狀。 繪制各葉素輪廓線。,39。常用的翼型有 NACA44xx 系列、NACA644xx 系列和 NACA230xx 系列等航空翼型；專用翼型有美國的 SERI 翼型系列以及 NREL 翼型系列、丹麥的 RISφ — A 系列翼型和瑞典的 FFA— W 系列翼型族。 根據(jù)自身的情況，考慮到葉片形狀特點(diǎn)：翼型是沿葉片伸 展方向上某一位面的輪廓線，且在連接處跟尾部都有過渡部分，本文采用 Pro/e 進(jìn)行三維建模再導(dǎo)入到 ansys 中[12]。通常情況下，有以下三種建模方法 [11]: :即采用三維 CAD 建模軟件創(chuàng)建模型，轉(zhuǎn)換格式后導(dǎo)入 ANSYS 軟件進(jìn)行分析，其優(yōu)點(diǎn)是基于 CAD 軟件強(qiáng)大的建模功能使得建模簡便可行，尤其是對(duì)于外形結(jié)構(gòu)復(fù)雜的分析對(duì)象，相比于在 ANSYS 中建模節(jié)省大量的時(shí)間 。葉片長度決定了風(fēng)力機(jī)能從風(fēng)中獲取多少能量，這是因?yàn)樗绊懼~輪的掃掠面積。為有效提高比強(qiáng)度并降低成本，葉片的研究重點(diǎn)集中在葉片翼型設(shè)計(jì)上。上海玻璃鋼研究院在研制 IMW 風(fēng)力機(jī)葉片時(shí)采用該工藝，通過多次試驗(yàn)，摸索解決了布管方式、真空度控制、樹脂選擇、鋪層皺折等一系列技術(shù)問題，使葉片成型工藝技術(shù)水平得到大幅提高。 FRP 葉片的成型工藝大致有 :手糊工藝、真空輔助注射、樹脂傳遞模塑 (RTM)、 SCRIMp 浸漬工藝、纖維纏繞藝 (Fw)、纖維鋪放工藝 (FP)、木纖維環(huán)氧飽和工藝 (wEsT)、模壓工藝，這些方法各有側(cè)重。一般情況下， 22m 以下的葉片采用玻璃纖維，大于 42m的葉片采用碳纖維或碳?；祀s纖維，如 NEGMicon 長葉片， 長葉片都在高應(yīng)力區(qū)使用了碳纖維。 l)翼型選擇 共 37 頁 第 5 頁 風(fēng)力機(jī)葉片翼型的性能直接影響風(fēng)能轉(zhuǎn)換的效率，傳統(tǒng)的風(fēng)力機(jī)葉片翼型一般沿用航空低速葉片翼型，但是相較于風(fēng)力發(fā)電機(jī)的特殊性以及粉塵污染、風(fēng)蝕的工作環(huán)境，航空低速葉片不能滿足 風(fēng)電需求。 葉片技術(shù)現(xiàn)狀 風(fēng)力發(fā)電機(jī)裝機(jī)容量不斷增長的大趨勢(shì)要求單機(jī)容量越來越大，隨著風(fēng)電機(jī)組向大型化發(fā)展，葉片長度也不斷增加。此外還將陸續(xù)出臺(tái)各項(xiàng)可再生能源管理和實(shí)施辦法，為風(fēng)電等各種新能源提供良好的政策保障。風(fēng)電發(fā)展較好大國中， 2020 年底德國風(fēng)力發(fā)電量占總發(fā)電量的 %，西班牙為 %，屬于歐洲較高水平，而美國的風(fēng)電覆蓋率僅有 %。由此可見，風(fēng)力發(fā)電正在受到越來越多的重視，且以勢(shì)不可擋的發(fā)展態(tài)勢(shì)在經(jīng)濟(jì)市場中占據(jù)著一定的地位。本課題主要采用 ANSYS 軟件對(duì)某風(fēng)電機(jī)組葉片進(jìn)行三維建模，并在此基礎(chǔ)上對(duì)其進(jìn)行強(qiáng)度分析，從而為優(yōu)化設(shè)計(jì)提供理論依據(jù)。 近 20 年，發(fā)達(dá)國家在風(fēng)力發(fā)電技術(shù)領(lǐng)域上己取得巨大的成就。 （請(qǐng)?jiān)谝陨舷鄳?yīng)方框內(nèi)打“√”） 作者簽名： 年 月 日 導(dǎo)師簽名： 年 月 日 目錄 摘要 ............................................................................................................................................ 1 前言 ............................................................................................................................................ 1 .................................................................................................................... 2 風(fēng)力發(fā)電現(xiàn)狀 ............................................................................................................... 2 風(fēng)力發(fā)電趨勢(shì) ............................................................................................................... 4 風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片現(xiàn)狀 ................................................................................................... 4 研究內(nèi)容 ....................................................................................................................... 7 常用翼型介紹 .............................................................................................................. 7 .............................................................................................................................. 8 葉片建模方法比較 ....................................................................................................... 8 翼型選擇 ....................................................................................................................... 9 葉片各截面空間實(shí)際坐標(biāo)的求解 ............................................................................. 11 葉片立體圖的 pro/e 建模實(shí)現(xiàn) ................................................................................. 12 .............................................................................................................. 15 翼型主要設(shè)計(jì)參數(shù) ..................................................................................................... 15 葉片載荷計(jì)算 ............................................................................................................. 17 模型導(dǎo)入 ansys 進(jìn)行分析 ......................................................................................... 19 .................................................................................................... 25 工況結(jié)果分析 ............................................................................................................. 25 優(yōu)化方向 .........................................................................