【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(shè)使安裝角減小的方向?yàn)?Mxba 的正方向。其中，風(fēng)力機(jī)葉片受到的載荷包括：空氣動(dòng)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(jī)性，數(shù)值變化相比 Y 方向要快的多；圖 29則表明，此風(fēng)模型風(fēng)向的變化情況，波動(dòng)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(fēng)力發(fā)電機(jī)組動(dòng)力學(xué)仿真軟件， 如 FAST[28]、 YawDyn[29]，可操作性非常的強(qiáng)大。葉片上的某一個(gè)點(diǎn)所體現(xiàn)出來的風(fēng)的時(shí)間歷程和固定在空間的某一點(diǎn)的時(shí)間歷程是不相同的。 若空間上點(diǎn)的 數(shù)目為 NP ，則 jkS 為一個(gè) NP NP? 矩陣。標(biāo)準(zhǔn)偏差 S ，湍流強(qiáng)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(fēng)模擬的理論 為了更為準(zhǔn)確的模擬空間中兩點(diǎn)或者更多點(diǎn)位置的風(fēng)速時(shí)間歷程，就必需考慮到這些時(shí)間歷程的相關(guān)性。針對(duì)大氣邊界層，現(xiàn)階段主要有近似測(cè)得的功率譜密度函數(shù)不同的解析式，比如 DS472 標(biāo)準(zhǔn)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(qiáng)度 。 2 風(fēng)特性與風(fēng)模型的建立 風(fēng)的模擬 [17][18] 如果要想更好的計(jì)算出風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)上的準(zhǔn)確的載荷時(shí)間歷程，那么正確地輸入隨時(shí)間和空間變化的風(fēng)場(chǎng)是非常有必要的，此類變化主要包含了湍流、風(fēng)剪切力及塔架對(duì)來風(fēng)所產(chǎn)生的影響。要達(dá)到上述目的，須完成的主要工作有： 1. 基于自然風(fēng)特性，由空間某一離散點(diǎn)及多個(gè)相關(guān)點(diǎn)的風(fēng)模擬，得到理論上較為合理的描述三維風(fēng)的相關(guān)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(duì)螺紋的結(jié)構(gòu)形狀進(jìn)行了一些改動(dòng)，一定程度上減弱了螺紋牙的強(qiáng)度，對(duì)螺栓聯(lián)接強(qiáng)度會(huì)有 一定的影響。李軍等人 [11]對(duì)風(fēng)力機(jī)塔筒法蘭螺栓連接組，在機(jī)組啟動(dòng)、正常運(yùn)行和極端湍流風(fēng)等三種工況下進(jìn)行了接觸有限元分析，并且得到了每個(gè)高強(qiáng)度螺栓的最大應(yīng)力值。因此，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組各大部件的聯(lián)接都是用了高強(qiáng)度螺栓進(jìn)行聯(lián)接的。 [6] 葉片載荷計(jì)算 目前 ,世界最長(zhǎng)的復(fù)合材料風(fēng)力機(jī)葉片是丹麥 LM 公司生產(chǎn)的，其長(zhǎng)度已達(dá) 61． 5m，單片重約 18t，從而對(duì)葉片結(jié)構(gòu)的強(qiáng)度、剛度、重量等的設(shè)計(jì)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(jìn)中的風(fēng)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(chǔ)不牢造成的問題。當(dāng)前國(guó)外風(fēng)電市場(chǎng)上的主力機(jī)型是 , 20xx 年全世界新裝機(jī)組的單機(jī)平均功率為 兆瓦。 [7]丹麥 VESTAS 已在全球 65 個(gè)國(guó)家和地區(qū)安裝了 4 萬多臺(tái)風(fēng)機(jī)，截至 20xx 年末，丹麥 VESTAS 全球總裝機(jī)容量超過 萬兆瓦。歐洲之外，發(fā)展風(fēng)電的主要國(guó)家有美國(guó)、中國(guó)、印度、加拿 大和日本。 [1]風(fēng)力發(fā)電電機(jī)還有建造周期短，運(yùn)行維護(hù)成本低，占地少，現(xiàn)場(chǎng)的維護(hù)人員少，風(fēng)電的建筑占地只有電廠土地的 7%的土地，而且其他的場(chǎng)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(duì)高度為 80m/s，平均風(fēng)速為 湍流風(fēng)進(jìn)行模擬，并生成風(fēng)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(zhǔn)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(yīng)繪制于無格子的頁面上 5）軟件工程類課題應(yīng)有程序清單，并提供電子文檔 1）設(shè)計(jì)（論文） 2）附件：按照任務(wù)書、開題報(bào)告、外 文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 摘 要 通過對(duì)空間 離散 點(diǎn) 風(fēng) 的特性進(jìn)行分析，利用風(fēng)模擬器得 到 較為真實(shí)的三維風(fēng)模型 。對(duì)本文的研究做出重要貢獻(xiàn)的個(gè)人和集體，均已在文中 以明確方式標(biāo)明。 碩士研究生學(xué)位論文 新 疆 大 學(xué) 論文題目（中文）：大型 風(fēng)力機(jī)葉根載荷特性及聯(lián)接設(shè)計(jì)研究 論文題目（英文）： Research of Load Charactristics of Blade39。本人完全意識(shí)到本聲明的法律后果由本人承擔(dān)。通過參數(shù)建模方法獲得 風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片 模型，對(duì)其加載輪轂高度風(fēng)模型并計(jì)算載荷。對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片進(jìn)行了坐標(biāo)系的確定，并對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片載荷的來源進(jìn)行了分類，對(duì)風(fēng)力機(jī)的主要載荷進(jìn)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(fēng)力發(fā)電是明智之舉，發(fā)展好風(fēng)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(gè)國(guó)家在積極開發(fā)和應(yīng)用風(fēng)能資源。丹麥 VESTAS 的風(fēng)機(jī)遍布中國(guó) 13 個(gè)省區(qū)，并依托天津生產(chǎn)基地，攜 2兆瓦， 3 兆瓦風(fēng)機(jī)進(jìn)軍中國(guó)海上風(fēng)電市場(chǎng)。 20xx 年全世界兆瓦級(jí)的風(fēng)電機(jī)組當(dāng)年裝機(jī)容量占到了總裝機(jī)容量的 %，單機(jī)容量逐步增大已成為國(guó)際風(fēng)電市場(chǎng)發(fā)展的必然趨勢(shì)。 20xx 年 10 月 12 日，華銳風(fēng)電科技集團(tuán)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(shí)產(chǎn)權(quán)的 5 兆瓦風(fēng)電機(jī)組正式出產(chǎn)，這是我國(guó)首臺(tái) 5 兆瓦風(fēng) 電機(jī)組。風(fēng)力機(jī)葉片的結(jié)構(gòu)分析作為風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的技術(shù)基礎(chǔ)之一，開始在大功率風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)構(gòu)的校核與優(yōu)化設(shè)計(jì)中發(fā)揮著 El益重要的作用。螺栓聯(lián)接受力非常的復(fù)雜，是風(fēng)力發(fā)電機(jī)機(jī)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(qiáng)度是由受拉螺栓聯(lián)接的強(qiáng)度決定的，螺栓的強(qiáng)度主要包括了靜強(qiáng)度和疲勞強(qiáng)度。 文獻(xiàn) [16]在分析螺紋聯(lián)接彈性變形的基礎(chǔ)上，對(duì)一種新的螺紋配合方式進(jìn)行了深入的研究，將微錐內(nèi)螺紋與同標(biāo)準(zhǔn)外螺紋進(jìn)行螺紋聯(lián)接。借助 TurbSim 風(fēng)模擬器，對(duì)風(fēng)特性明顯的湍流風(fēng)進(jìn)行模擬。 空間某一點(diǎn)的風(fēng)的模擬 一般的風(fēng)速儀會(huì)使用采樣頻率 1 tsf ?? 對(duì)某一點(diǎn)的風(fēng)速進(jìn)行測(cè)量， t? 是指兩個(gè)采樣值之間的時(shí)間差，而這里輸出的是一系列數(shù)字 ( 1, , )iu i N? ??? , 所對(duì)應(yīng)的時(shí)間分別是1 , 2 , ,t t t N t? ? ? ? ? ??? ? ?。 f 是指頻率，單位為 Hz 。當(dāng)然這里說的相關(guān)不光與這兩點(diǎn)之間的物理距離有關(guān)，而且還要考慮 與這兩點(diǎn)的頻率相關(guān)。 [23] 第二步，通過下述循環(huán)可以計(jì)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(diǎn)以及每一離散頻率 mf mT? ，可以求出位于 0 和 2? 之間的隨機(jī)數(shù) km? ，來表示方程 (214)中的相位。旋轉(zhuǎn)葉片上的某一個(gè)點(diǎn)的時(shí)間歷程一般稱為旋轉(zhuǎn)采樣；而對(duì)于葉片上以固定不變的速度旋轉(zhuǎn)的情形，相關(guān)文獻(xiàn)已經(jīng)直接進(jìn)行計(jì)算進(jìn)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(shí)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(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片上的重力載荷，對(duì)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(dòng)態(tài)載荷模擬計(jì)算是 GH Bladed 進(jìn)行載荷計(jì)算的最核心的部分。 [34] 本文采用 IECⅡ A 標(biāo)準(zhǔn)進(jìn)行葉片載荷計(jì)算。powprod39。 2． 葉根載荷計(jì)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(gè)葉片長(zhǎng)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(fēng)力發(fā)電機(jī)在實(shí)際運(yùn)行過程中遇到的工況輸入進(jìn)行仿真模擬，計(jì)算葉片從切入風(fēng)速到切出風(fēng)速在時(shí)間歷程上的載荷，可得到葉片各個(gè)截面載荷及葉根所承受 的穩(wěn)定動(dòng)態(tài)載荷譜。 影響葉片載荷的風(fēng)模型及工況 在計(jì)算風(fēng)力機(jī)載荷時(shí)，根據(jù) IEC 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定，主要考慮的七種風(fēng)模型如表 31，風(fēng)力機(jī)工況如表 32 所示： 表 31 IEC 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的 主要風(fēng)模型 MNT 標(biāo)準(zhǔn)湍流風(fēng)模型 ECD 包含風(fēng)向變化的極限連續(xù)陣風(fēng)模型 NWP 定速風(fēng)模型 EOG 極限運(yùn)行陣風(fēng)模型 EWS 極限風(fēng)剪切模型 ECG 極限連續(xù)陣風(fēng)模型 EWM 極限暴風(fēng)模型 表 32 IEC 標(biāo)準(zhǔn)規(guī)定的工況表 運(yùn)行情況 載荷工況 風(fēng)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(dòng) NWP,Vhub=14 — 疲勞 1 停機(jī) NWP,Vhub=14 — 疲勞 1 緊急停機(jī) NWP,Vhub=14 — 極限 空轉(zhuǎn) EWM,Vhub= — 極限 Vhub= — 疲勞 1 停轉(zhuǎn) NTM,Vhub= — 極限 風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片建模 葉片翼型是 Bladed 分析軟件進(jìn)行后續(xù)計(jì)算的最為關(guān)鍵的數(shù)據(jù)，數(shù)據(jù)正確與否直接影響到計(jì)算結(jié)果的準(zhǔn)確性。 GH Bladed 軟件介紹 [33] Bladed 是專業(yè)計(jì)算風(fēng)力發(fā)電機(jī)載荷和性能的一款計(jì)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(fēng)電公司生產(chǎn)的風(fēng)機(jī)實(shí)測(cè)數(shù)據(jù)加以驗(yàn)證，并通過認(rèn)證。 葉片坐標(biāo)系的確定 為了能夠計(jì)算出符合實(shí)際的風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片載荷的分布狀況。 本章小結(jié) 通過對(duì)空間一點(diǎn)及多點(diǎn)風(fēng)特性進(jìn)行分析，簡(jiǎn)述了三維風(fēng)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(fēng)文件或輪轂高度風(fēng)文件。而針對(duì)仿真非平穩(wěn)分量， TurbSim 則通過在其生成的時(shí)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(shí)域來實(shí)現(xiàn)，最后，生成 AeroDyn 可以 讀取的全域的背景風(fēng)文件或輪轂高度風(fēng)文件，其仿真原理如圖 23 所示： 圖 23 TurbSim 仿真原理圖 其中，細(xì)黑線顯示的代表內(nèi)部變量及過程，粗藍(lán)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(fēng)模型 本文基于 TurbSim 中的 Kaimal 模型對(duì)參考高度為 80m,平均風(fēng)速為 /s，湍流因子為 的風(fēng)速進(jìn)行時(shí)間關(guān)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(duì)每一種工況至少進(jìn)行 三種不同的時(shí)間歷程的計(jì)算，而對(duì)于每一時(shí)間歷程都運(yùn)用氣彈程序驗(yàn)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(zhǎng)度相當(dāng)與等于空間點(diǎn)數(shù)的向量 ()jmv v f? ，我們可以計(jì)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