【正文】 表示輪轂中心距葉根中心的距離， R 表示葉輪半徑， P 表示翼型壓力中心， C表示扭轉(zhuǎn)中心，并且假設使安裝角減小的方向為 Mxba 的正方向。其中，風力機葉片受到的載荷包括：空氣動力載荷、重力載荷、慣性載荷及操縱載荷。 1m/s 之間，同樣，該方向也具有隨機性，數(shù)值變化相比 Y 方向要快的多；圖 29則表明，此風模型風向的變化情況，波動范圍主要在 177。 TurbSim 程序的輸出文件還可作為基于 AeroDyn[27]程序的風力發(fā)電機組動力學仿真軟件， 如 FAST[28]、 YawDyn[29]，可操作性非常的強大。葉片上的某一個點所體現(xiàn)出來的風的時間歷程和固定在空間的某一點的時間歷程是不相同的。 若空間上點的 數(shù)目為 NP ，則 jkS 為一個 NP NP? 矩陣。標準偏差 S ，湍流強度 10minI S v? ，那么可以很快的求得： ()iiu u S u u? ? ? (215) 或者： (1 )iiu Su S u? ? ? (216) 三維風模擬的理論 為了更為準確的模擬空間中兩點或者更多點位置的風速時間歷程，就必需考慮到這些時間歷程的相關性。針對大氣邊界層，現(xiàn)階段主要有近似測得的功率譜密度函數(shù)不同的解析式，比如 DS472 標準中的 Kaimal 譜： 532 1 0 m i n1 0 m i n() (1 1 .5 )I v lP S D f flv? ?? (210) 其中： 10minIv?? ，是指湍流強度 。 2 風特性與風模型的建立 風的模擬 [17][18] 如果要想更好的計算出風力發(fā)電機組結(jié)構(gòu)上的準確的載荷時間歷程，那么正確地輸入隨時間和空間變化的風場是非常有必要的，此類變化主要包含了湍流、風剪切力及塔架對來風所產(chǎn)生的影響。要達到上述目的，須完成的主要工作有： 1. 基于自然風特性，由空間某一離散點及多個相關點的風模擬，得到理論上較為合理的描述三維風的相關函數(shù)。這兩種方法雖然能夠?qū)崿F(xiàn)螺紋牙的均勻受力，但是由于對螺紋的結(jié)構(gòu)形狀進行了一些改動，一定程度上減弱了螺紋牙的強度，對螺栓聯(lián)接強度會有 一定的影響。李軍等人 [11]對風力機塔筒法蘭螺栓連接組，在機組啟動、正常運行和極端湍流風等三種工況下進行了接觸有限元分析，并且得到了每個高強度螺栓的最大應力值。因此，風力發(fā)電機組各大部件的聯(lián)接都是用了高強度螺栓進行聯(lián)接的。 [6] 葉片載荷計算 目前 ,世界最長的復合材料風力機葉片是丹麥 LM 公司生產(chǎn)的，其長度已達 61． 5m，單片重約 18t，從而對葉片結(jié)構(gòu)的強度、剛度、重量等的設計提出了更高的要求。但是，像所有高速發(fā)展種的行業(yè)一樣， 20xx 年，前進中的風能產(chǎn)業(yè)也遇到了大大小小的問題，由于高速發(fā)展和基礎不牢造成的問題。當前國外風電市場上的主力機型是 , 20xx 年全世界新裝機組的單機平均功率為 兆瓦。 [7]丹麥 VESTAS 已在全球 65 個國家和地區(qū)安裝了 4 萬多臺風機，截至 20xx 年末，丹麥 VESTAS 全球總裝機容量超過 萬兆瓦。歐洲之外，發(fā)展風電的主要國家有美國、中國、印度、加拿 大和日本。 [1]風力發(fā)電電機還有建造周期短，運行維護成本低，占地少，現(xiàn)場的維護人員少，風電的建筑占地只有電廠土地的 7%的土地，而且其他的場地可以供其他的產(chǎn)業(yè)使用，如太陽能發(fā)電等。 calculating the blade load and analizing load distribution。利用 TurbSim 對高度為 80m/s，平均風速為 湍流風進行模擬，并生成風文件。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書寫，不準用徒手畫 3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁以上的雙面打印 4）圖表應繪制于無格子的頁面上 5）軟件工程類課題應有程序清單，并提供電子文檔 1）設計（論文） 2）附件：按照任務書、開題報告、外 文譯文、譯文原文（復印件）次序裝訂 摘 要 通過對空間 離散 點 風 的特性進行分析，利用風模擬器得 到 較為真實的三維風模型 。對本文的研究做出重要貢獻的個人和集體，均已在文中 以明確方式標明。 碩士研究生學位論文 新 疆 大 學 論文題目（中文）：大型 風力機葉根載荷特性及聯(lián)接設計研究 論文題目（英文）： Research of Load Charactristics of Blade39。本人完全意識到本聲明的法律后果由本人承擔。通過參數(shù)建模方法獲得 風力發(fā)電機的葉片 模型，對其加載輪轂高度風模型并計算載荷。對風力發(fā)電機的葉片進行了坐標系的確定，并對風力機葉片載荷的來源進行了分類，對風力機的主要載荷進行了確定。summrizing the blade root load characteristics and verifing the accuracy of its simulation results。綜上所述，發(fā)展風力發(fā)電是明智之舉，發(fā)展好風電將為人類創(chuàng)造更好的生活環(huán)境，為人類留下更多的資源。迄今為止，世界上已有 82 個國家在積極開發(fā)和應用風能資源。丹麥 VESTAS 的風機遍布中國 13 個省區(qū)，并依托天津生產(chǎn)基地，攜 2兆瓦， 3 兆瓦風機進軍中國海上風電市場。 20xx 年全世界兆瓦級的風電機組當年裝機容量占到了總裝機容量的 %，單機容量逐步增大已成為國際風電市場發(fā)展的必然趨勢。 20xx 年 10 月 12 日，華銳風電科技集團股份有限公司正式宣布，由其自主研發(fā)、并擁有全球自主知識產(chǎn)權(quán)的 5 兆瓦風電機組正式出產(chǎn)，這是我國首臺 5 兆瓦風 電機組。風力機葉片的結(jié)構(gòu)分析作為風力機葉片結(jié)構(gòu)設計的技術(shù)基礎之一，開始在大功率風力機葉片結(jié)構(gòu)的校核與優(yōu)化設計中發(fā)揮著 El益重要的作用。螺栓聯(lián)接受力非常的復雜，是風力發(fā)電機機組各部件聯(lián)接中最容易失效的地方。 一般情況下，螺栓的強度是由受拉螺栓聯(lián)接的強度決定的，螺栓的強度主要包括了靜強度和疲勞強度。 文獻 [16]在分析螺紋聯(lián)接彈性變形的基礎上，對一種新的螺紋配合方式進行了深入的研究，將微錐內(nèi)螺紋與同標準外螺紋進行螺紋聯(lián)接。借助 TurbSim 風模擬器，對風特性明顯的湍流風進行模擬。 空間某一點的風的模擬 一般的風速儀會使用采樣頻率 1 tsf ?? 對某一點的風速進行測量， t? 是指兩個采樣值之間的時間差，而這里輸出的是一系列數(shù)字 ( 1, , )iu i N? ??? , 所對應的時間分別是1 , 2 , ,t t t N t? ? ? ? ? ??? ? ?。 f 是指頻率，單位為 Hz 。當然這里說的相關不光與這兩點之間的物理距離有關，而且還要考慮 與這兩點的頻率相關。 [23] 第二步，通過下述循環(huán)可以計算出出下半三角矩陣 H ： 1 / 211 1121 21 112 1 222 22 2131 31 111112 1 21()()()kjk jk jk k l k klkk k k k k llHSH S HH S HH S HH S H H HH S H???????????????… (218) 其中以 k 作索引的每一點以及每一離散頻率 mf mT? ，可以求出位于 0 和 2? 之間的隨機數(shù) km? ，來表示方程 (214)中的相位。旋轉(zhuǎn)葉片上的某一個點的時間歷程一般稱為旋轉(zhuǎn)采樣；而對于葉片上以固定不變的速度旋轉(zhuǎn)的情形，相關文獻已經(jīng)直接進行計算進行過闡述。 TurbSim 先在頻域中定義速度分量譜及空間連續(xù)性，然后通過逆傅里葉變換 (IFFT)生成時間序列值。 9186。為方便研究，只考慮前三種載荷情況。 2 重力載荷（記作 g ） [32] 作用在風力發(fā)電機葉片上的重力載荷，對葉片產(chǎn)生擺振方向的彎矩，隨葉片方位角的 變化呈現(xiàn)周期變化，所以，重力載荷是葉片的主要 疲勞載荷。 動態(tài)載荷模擬計算是 GH Bladed 進行載荷計算的最核心的部分。 [34] 本文采用 IECⅡ A 標準進行葉片載荷計算。powprod39。 2． 葉根載荷計算與特性分析 基于上一小節(jié)分析得出：葉根處所承受的載荷及力矩是最大的。 圖 37 葉根在 X、 Y、 Z 方向的力 e:\dengxinli\ [Run 39。圖中顯示出在整個葉片長度上的不同位置力及力矩的分布圖。 如圖 34 湍流仿真 模擬輸出載荷譜分析 將風力發(fā)電機在實際運行過程中遇到的工況輸入進行仿真模擬，計算葉片從切入風速到切出風速在時間歷程上的載荷，可得到葉片各個截面載荷及葉根所承受 的穩(wěn)定動態(tài)載荷譜。 影響葉片載荷的風模型及工況 在計算風力機載荷時，根據(jù) IEC 標準規(guī)定，主要考慮的七種風模型如表 31，風力機工況如表 32 所示： 表 31 IEC 標準規(guī)定的 主要風模型 MNT 標準湍流風模型 ECD 包含風向變化的極限連續(xù)陣風模型 NWP 定速風模型 EOG 極限運行陣風模型 EWS 極限風剪切模型 ECG 極限連續(xù)陣風模型 EWM 極限暴風模型 表 32 IEC 標準規(guī)定的工況表 運行情況 載荷工況 風況 其他條件 分析類型 偏載荷安全系數(shù) 發(fā)電工況 NTM,Vub=14 — 極限 NTM,4Vhub25 — 疲勞 1 ECD,Vhub=14 — 極限 NWP,Vhub=14 外部電故障 極限 EOG1,Vhub=14 脫網(wǎng) 極限 EOG50,Vhub=14 — 極限 EWS,Vhub=14 — 極限 EDC50,Vhub=14 極限 ECG,Vhub=14 — 極限 發(fā)電并帶有故障 NWP,Vhub=14 控制系統(tǒng)故障 極限 NWP,Vhub=14 — 極限 啟動 NWP,Vhub=14 — 疲勞 1 停機 NWP,Vhub=14 — 疲勞 1 緊急停機 NWP,Vhub=14 — 極限 空轉(zhuǎn) EWM,Vhub= — 極限 Vhub= — 疲勞 1 停轉(zhuǎn) NTM,Vhub= — 極限 風力發(fā)電機葉片建模 葉片翼型是 Bladed 分析軟件進行后續(xù)計算的最為關鍵的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)正確與否直接影響到計算結(jié)果的準確性。 GH Bladed 軟件介紹 [33] Bladed 是專業(yè)計算風力發(fā)電機載荷和性能的一款計算軟件，它所采用的理論方法及算法業(yè)已得到世界各大風電公司生產(chǎn)的風機實測數(shù)據(jù)加以驗證，并通過認證。 葉片坐標系的確定 為了能夠計算出符合實際的風力發(fā)電機葉片載荷的分布狀況。 本章小結(jié) 通過對空間一點及多點風特性進行分析，簡述了三維風模擬的理論方法，利用TurbSim 模擬器得到仿真分析所需全域背景風文件或輪轂高度風文件。而針對仿真非平穩(wěn)分量， TurbSim 則通過在其生成的時間序列值中添加可選擇的擬序結(jié)構(gòu)以及由頻域轉(zhuǎn)換到時域來實現(xiàn)，最后，生成 AeroDyn 可以 讀取的全域的背景風文件或輪轂高度風文件，其仿真原理如圖 23 所示： 圖 23 TurbSim 仿真原理圖 其中，細黑線顯示的代表內(nèi)部變量及過程，粗藍線顯示則表示由輸入文件參數(shù)影響的過程； TurbSim 的仿真流程圖如圖 24 所示： 圖 24 TurbSim 仿真流程圖 仿真風模型 本文基于 TurbSim 中的 Kaimal 模型對參考高度為 80m,平均風速為 /s，湍流因子為 的風速進行時間關系仿真，得到仿真結(jié)果如圖 2圖 2圖 2圖 2圖 29所示。因此，這里針對每一種工況至少進行 三種不同的時間歷程的計算，而對于每一時間歷程都運用氣彈程序驗證，以確保在不同的歷程中取得不確定性的概念。 其中虛部的長度相當與等于空間點數(shù)的向量 ()jmv v f? ，我們可以計算為： 11R e [ ( ) ] c o s ( )I m [ ( ) ] s i n ( )jj m j k k mkjj m j k k mkv f Hv f H???????? (219) Re[ ( )]jmvf 和 Im[ ( )]jmvf 可以變換為 ()jmAmp f 與相位 ()jmf? ： 22( ) Re [ ( ) ] I m [ ( ) ]Re [ ( ) ]ta n ( )I m [ ( ) ]j m j m j m