【正文】 共 37 頁 第 25 頁 本工況考慮了氣動力的升力和阻力載荷、重力載荷和慣性力載荷。在 ansys 求解環(huán)境中，以整體坐標(biāo) y軸為葉片旋轉(zhuǎn)軸線，葉片展向?yàn)?z 軸方向， x 軸在葉片旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)，且垂直于 y 軸和 z 軸。網(wǎng)格劃分可采用自由網(wǎng)格、映射網(wǎng) 格以及自適應(yīng)網(wǎng)格劃分。39。 把葉片看作根部固定的懸臂梁，葉片各截面重心連線為空間曲線，它在外力作用下發(fā)生的變形可忽略不計(jì)，且僅計(jì)算葉片上由離心符合引起的拉伸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力以及動力（氣動力）引起的彎曲應(yīng)力。從前緣點(diǎn)至翼弦上最大彎度點(diǎn)的距離以 hx 表示，其相對值以 hx /L表示。 圖 31 機(jī)翼 圖 32 翼型 垂直于翼展重心軸線的機(jī)翼剖面稱為翼型或翼型剖面。葉根部分考慮了安裝和結(jié)構(gòu)的過渡性 ,按結(jié)構(gòu)要求繪制，本文用圓周型連接。翼型輪廓離散點(diǎn)坐標(biāo)為 (x， y， z)。翼型數(shù)據(jù)見表 21 共 37 頁 第 10 頁 圖 21 NACA4412 翼型數(shù)據(jù)的導(dǎo)出 表 21 NACA4412 翼型數(shù)據(jù) NACA 4412 共 37 頁 第 11 頁 基本原理 圖形變換的實(shí)質(zhì)是對組成圖形的各頂點(diǎn)進(jìn)行坐標(biāo)變換 [15]。在尖部采用薄翼型以滿足高升阻比 的要求；根部采用相同翼型或較大升力系數(shù)翼型的較厚形式，以滿足結(jié)構(gòu)強(qiáng)度的需要。 :通過直接描述模型的幾何邊界、形狀和尺寸等特性來創(chuàng)建模型，在ANSYS 軟件中通過創(chuàng)建點(diǎn)、線、面、體的方式生成實(shí)體模型，可采用自底向上、自頂向下或二者混合的方式建模，并且可利用布爾運(yùn)算、拖拉、旋轉(zhuǎn)、鏡像操作，大大減小工作量，提高效率。 3）ВИГМ 翼型 這是前蘇聯(lián) 水力機(jī)械研究所專門為水力機(jī)械研究的翼型。 共 37 頁 第 7 頁 國內(nèi)有關(guān)葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)方法的研究主要是對己有葉片進(jìn)行仿真與數(shù)值分析，基本沒有提出實(shí)用的系統(tǒng)設(shè)計(jì)和校核方法，未能說明葉片怎 么樣從無到有的設(shè)計(jì)過程，同時(shí)尚缺乏有針對性的設(shè)計(jì)依據(jù)和準(zhǔn)則，對于與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)相關(guān)的載荷等問題也沒能給出明確且有意義的答案，其有限元數(shù)值分析方法也都是基于實(shí)際葉片測量數(shù)據(jù) [9]，基本沒有針對自主設(shè)計(jì)葉片的校核分析。 葉片研究現(xiàn)狀 葉片設(shè)計(jì)是一個(gè)優(yōu)化設(shè)計(jì)的過程，它本身是一個(gè)氣動 與結(jié)構(gòu)相互妥協(xié)的產(chǎn)物，設(shè)計(jì)優(yōu)化目標(biāo)是從最開始的葉素功率輸出最大化到年輸出功率最大化再到現(xiàn)在的性價(jià)比最優(yōu)化。應(yīng)用真空，以高滲透率介質(zhì)作引導(dǎo)將樹脂注入結(jié)構(gòu)鋪層中，多用于形狀復(fù)雜的大型制品。 目前世界上最大的碳纖維與玻璃纖維混雜增強(qiáng)材料風(fēng)機(jī)葉片是 Nodex 公司為海上風(fēng)電 SMW機(jī)組研制的長度為 56m 的葉片，此外還開發(fā)了 43m()的碳纖維 /玻璃纖維風(fēng)機(jī)計(jì)卜片，用于陸上 機(jī)組。據(jù)計(jì)算，葉片重量與風(fēng)輪半徑 R 近 似成 3 次方關(guān)系。葉片作為接收風(fēng)能的主要部件，在整個(gè)風(fēng)電設(shè)備系統(tǒng)中的地位尤顯重要，要求其具有合理的翼型設(shè)計(jì)、優(yōu)質(zhì)的材料和先進(jìn)的工藝，其設(shè)計(jì)、制造和性能成為了重點(diǎn)研究和大力發(fā)展的目標(biāo)。從國際趨勢來看，風(fēng)電機(jī)組發(fā)電機(jī)驅(qū)動方式由直驅(qū)式和混合式取代 雙饋式己成為主流。 2020 年是 中國發(fā)電設(shè)備容量規(guī)模歷史性突破的一年，生產(chǎn)結(jié)構(gòu)進(jìn)一步優(yōu)化，除臺 共 37 頁 第 4 頁 灣省外新增風(fēng)電機(jī)組 592 臺，累計(jì)風(fēng)電機(jī)組 1864 臺，新增裝機(jī)容量 萬 kw，累計(jì)裝機(jī)容量 萬 kw。隨著巴西和墨西哥的發(fā)展，拉丁美洲風(fēng)力發(fā)電 也出現(xiàn)令人鼓舞的增長 .根據(jù)主要風(fēng)力發(fā)電國家的規(guī)劃，風(fēng)電在未來仍有巨大的發(fā)展空間。到 2020 年底，全球裝機(jī)容量已達(dá)到 億千瓦，平均增長 30%。而風(fēng)力發(fā)電機(jī)轉(zhuǎn)子葉片則是風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的關(guān)鍵部件之一，其設(shè)計(jì)、材料和工藝決定風(fēng)力發(fā)電裝置的性能和功率。因此，對可再生能源的開發(fā)利用，特別是對風(fēng)能的開 共 37 頁 第 2 頁 發(fā)利用己受到世界各國的高度重視。 本學(xué)位論文屬于 保密 □，在 _________年解密后適用本授權(quán)書。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。 關(guān)鍵詞 ：風(fēng)機(jī)葉片；翼型；強(qiáng)度， Pro/e； Abstract:As the environment problem being increasingly seriously, and energy supply more tense, countries all over the world have put more emphasis on exploitation of renewable energy， especially wind energy. This paper first discusses the advantages of the wind power generation and the development of wind power generation industry in China, then the following have been studied profoundly bined with the blade structure and working condition. Firstly with the existing types of fan blade design model, using a NACA4412 airfoil， with the help of 3D modeling software and coordinate transformation, a threedimensional model of blade was built up through Pro/e, based on the coordinates of blade sections. This laid a foundation for farther dynamic analysis. Secondly by using the ANSYS finite element analysis software for strength analysis of the fan blades to get the stress, strain cloud pictures provide a theoretical basis for optimization design. 前言 能源和環(huán)境是當(dāng)今人類社會生存和發(fā)展所要解決的緊迫問題。并且在風(fēng)電場運(yùn)行的風(fēng)力發(fā)電機(jī)組全部可以實(shí)現(xiàn)集中控制和遠(yuǎn)程控制 [2]。 共 37 頁 第 3 頁 與核能、太陽能、生物質(zhì)等各類新能源相比較，風(fēng)力發(fā)電具備技術(shù)相對成熟，大規(guī)模開發(fā)門檻低、成本相對偏下等特點(diǎn)，在市場上具有一定的競爭力，受到普遍重視，成為行之有效的解決能源和環(huán)境問題的重要措施之一 [4]。 2020 年全球風(fēng)力發(fā)電行業(yè)的營業(yè)額達(dá) 500 億歐元，共雇員 55 萬人，預(yù)計(jì)在 2020 年風(fēng)力發(fā)電行業(yè)將首次提供 100 萬個(gè)工作崗位 。 中國由于其龐大的消費(fèi)人口以及近 20 年經(jīng)濟(jì)的迅速發(fā)展己成為世界第二大能源消費(fèi)國，面臨著嚴(yán)重的能源問題，電力持續(xù)短缺便是其主要問題之一，因此新能源發(fā)電技術(shù)的研究開發(fā)與發(fā)展迫在眉捷。 2)風(fēng)電機(jī)組通過不同的調(diào)節(jié)方式提高風(fēng)電效率，目前比較普遍的是定槳距失速調(diào)節(jié)和變速變槳距調(diào)節(jié) 。Enereon的 6MW渦輪機(jī)轉(zhuǎn)子直徑 127m，葉片長度 58m。瑞典 FFA 一 W 系列，具有較高最大升力系數(shù)和升阻比 。碳纖 維增強(qiáng)材料的拉伸模量是玻璃纖維增強(qiáng)材料的 2 一 3 倍，其性能遠(yuǎn)遠(yuǎn)優(yōu)于玻璃纖維。樹脂傳遞模塑 (RTM):屬于最新發(fā)展的葉片成型方法，將纖維預(yù)成型體置于模腔中，注入樹脂后加溫成型。由于葉片典型的非回轉(zhuǎn)體結(jié)構(gòu)特點(diǎn)，應(yīng)用該方法成本高，線性設(shè)計(jì)復(fù)雜，有待進(jìn)一步發(fā)展。 目前，國外有關(guān)葉片的相關(guān)研究主要集中在葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)過程中的數(shù)值分析方法研究。具體內(nèi)容如下： 在有限單元法的理論下，根據(jù)已有的葉片翼型，利用大型通用有限元軟件 ANSYS 建立葉片的有限元模型，采用殼體單元 SHELL63 對模型進(jìn)行離散化，對建好的有限元模型施加工況條件，進(jìn)行結(jié)構(gòu)分析，施加氣動力、慣性力和重力載荷對建 好的模型進(jìn)行加載對葉片模型 ansys 結(jié)果進(jìn)行分析！ 常用翼型介紹 目前在翼型設(shè)計(jì)制造和生活研究中，常采用以下幾種翼型： 1） NACA（ 4406～ 4415）翼型 這是美國航空咨詢委員會研制的翼型。 :該方法是利用有限元程序直接定義節(jié)點(diǎn)和單元，適用于小型或簡單模型的生成，并能夠?qū)缀涡螤罴懊總€(gè)節(jié)點(diǎn)和單元的編號完全控制。一臺好的風(fēng)力機(jī)應(yīng)當(dāng)盡量增加升力而減小阻力，使之盡量趨于最大值，以增加風(fēng)力機(jī)的風(fēng)能利用系數(shù) [13]。從 profili 軟件導(dǎo)出 NACA4412 的翼型數(shù)據(jù)。 葉片截面坐標(biāo)變換 要進(jìn)行葉片三維造型，首先是對葉片的截面進(jìn)行坐標(biāo)轉(zhuǎn)換，使葉片各剖面坐標(biāo)轉(zhuǎn)化到相應(yīng)的三維空間坐標(biāo)中去。 在建模過程中執(zhí)行插入樣條曲線，選擇通過點(diǎn)形成，選擇從文件中的點(diǎn)，選中你剛 共 37 頁 第 13 頁 才保存的 ibl 文件，就畫出了該葉素的翼型曲線。如機(jī)翼的翼弦長度不是定值時(shí)，求展弦比可用翼弦長度的平均值。 3） 翼型中線 翼型上下表面之間表示翼型厚度各垂直線的中點(diǎn)連線，稱為翼型中線，或稱為翼型 骨線。 本文在加載過程中，我們考慮的空氣動力主要有升力和阻力。 （ 311a） ? ? ? ??? ?? ???? in inunin inRnai RRCuuCM 1139。 材料定義 本文采用的材 料是玻璃鋼材料。 GUI 命令為“ Solution— Define Loads— Apply— Structural— Displacement— On Lines”定義好如圖 35示： 共 37 頁 第 22 頁 圖 35 模型定義約束 施加載荷 ANSYS 程序中的結(jié)構(gòu)靜力分析是用來計(jì)算在固定不變的載荷作用下結(jié)構(gòu)的響應(yīng)，即由于穩(wěn)態(tài)載荷引起的系統(tǒng)或部件的位移、應(yīng)力、應(yīng)變和力。然后進(jìn)行求解。從圖中可以看出，工況下 Y 方向的最大位移發(fā)生在葉根處某一截面上，其值為 mEY 031 0 a x, ??? ，最小位移發(fā)生在葉尖處，其值為032 4 in, ??? EY? Y方向應(yīng)力圖如 212圖示，從圖上可以看出， Y方向最大應(yīng)力及最小應(yīng)力發(fā)生在葉根附近截面的不同側(cè)上其值為 PaY 6094m ax, ?? ， PaY in, ??? Y方向應(yīng)變?nèi)鐖D 313所示。翼型在葉片中的排列位置也將影響葉片的剛度和強(qiáng)度，因此葉片中翼型的排列方式也是優(yōu)化的另一重要課題。 風(fēng)機(jī)葉片的設(shè)計(jì)、優(yōu)化已經(jīng)成為風(fēng)機(jī)優(yōu)化的主題之一，也是風(fēng)力發(fā)電的關(guān)鍵技術(shù)的標(biāo)志。 感謝一直都對我無私付出、默默奉