【正文】 葉根最大載荷為 190KN，產(chǎn)生最大彎矩為860KNm。 ) 相對(duì)厚度 /% 相 對(duì)變 槳 軸質(zhì)心距離 /% 翼型截面 1 0 100 50 1 2 100 50 1 3 100 1 4 2 5 2 6 7 30 3 7 4 8 4 9 4 10 14 4 11 4 12 4 13 4 14 21 4 15 4 16 21 5 17 6 18 28 6 19 6 20 16 7 21 0 7 在 bladed 中葉片模塊中輸入具體的翼型數(shù)據(jù)，得到 風(fēng)力機(jī)葉片幾何模型，如圖 33 所示： 圖 33 葉片 建模 加載風(fēng)工況 風(fēng)力機(jī)組所處環(huán)境比較惡劣、運(yùn)行狀況十分復(fù)雜，受外部環(huán)境條件影響很大。根據(jù)葉片空氣動(dòng)力求得每個(gè)葉素上的法向力系數(shù)和切向力系數(shù)，通 過(guò)積分求出 葉片上的空氣動(dòng)力載荷。 Kaimal wind model68101214161810 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100time(s)wind velocity(m/sec) 圖 25 參考高度為 80m,平均風(fēng)速為 Kaimal wind model68101214161810 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100time(s)wind velocity(m/sec) 圖 26 參考高度為 80m,平均風(fēng)速為 Kaimal wind model53113510 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100time(s)wind velocity(m/sec) 圖 27 參考高度為 80m,平均風(fēng)速為 Kaimal wind model43210123410 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100time(s)wind velocity(m/sec) 圖 28 參考高度為 80m,平均風(fēng)速為 Kaimal wind model302010010203010 15 20 25 30 35 40 45 50 55 60 65 70 75 80 85 90 95 100time(s)wind direction(deg/sec) 圖 29 參考高度為 80m,平均風(fēng)速為 圖 25 清楚地表明，在參考高度為 80m,平均風(fēng)速為 ，湍流因子為 時(shí)，仿真湍流風(fēng)變化的時(shí)間歷程；結(jié)合圖 26 則可以發(fā)現(xiàn)， X 方向是相對(duì)風(fēng)力發(fā)電機(jī)組的來(lái)流方向，是合風(fēng)速中最主要的成分；圖 27 表明， Y 方向的風(fēng)速變化范圍主要在 177。 [24] 這里建立如圖 所排列的一系列點(diǎn)的時(shí)間歷程，以便進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)組結(jié)構(gòu)的氣彈計(jì)算。應(yīng)當(dāng)注意的是方程 (211)中功率譜密度函數(shù)，因?yàn)檫@些函數(shù)所假定的 0 和 ? 之間的任何頻率都已經(jīng)出現(xiàn)過(guò)，但是正如前面已經(jīng)闡述的，對(duì)離散時(shí)間歷程來(lái)說(shuō)，只有 1T 和( 2)NT之間的頻率才可能出現(xiàn)。 5. 基于葉根載荷的復(fù)雜性，且葉根螺栓連接在實(shí)際運(yùn)行過(guò)程中出現(xiàn)的失效，對(duì) 風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉根聯(lián)接的螺栓的失效類型進(jìn)行分類，通過(guò)對(duì)葉片葉根螺栓作斷裂螺栓特征分析及斷口信息分析研究，在理解螺栓失效的原因的基礎(chǔ)上，提重新設(shè)計(jì)了一款小錐度新型的高強(qiáng)度螺栓，以達(dá)到 降低螺紋嚙合第一扣螺紋根部的應(yīng)力集中，提高葉根聯(lián)接的可靠性。以上的這些措施雖然在一定程度上改善了 螺紋的受力狀態(tài)，但是并沒(méi)有完全解決螺紋載荷分布不均的問(wèn)題。風(fēng)壓力會(huì)使葉片產(chǎn)生剪應(yīng)力；離心力會(huì)使葉片產(chǎn)生拉應(yīng)力。中國(guó)風(fēng)能產(chǎn)業(yè)正在以全球最高的發(fā)展速度創(chuàng)造著輝煌。 [4] 20xx 年北美的裝機(jī)容量有顯著下降，美國(guó)年度裝機(jī)容量首度不及中國(guó)；多數(shù)西歐國(guó)家風(fēng)能發(fā)展處于飽和階段， 但風(fēng)能產(chǎn)業(yè)在東歐國(guó)家得到顯著發(fā)展；非洲風(fēng)能發(fā)展主要集中在北非。 研究背景 隨著風(fēng)能在新興能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展中所處的重要地位和作用日漸突顯，風(fēng)力發(fā)電機(jī)也日趨向大型化發(fā)展。主要包括： 風(fēng)文件的生成、 風(fēng)模型的建立、三維風(fēng) 的模擬， 葉片載荷的計(jì)算及載荷分布研究，葉根載荷特性研究， 以試驗(yàn)數(shù)據(jù)對(duì)比驗(yàn)證仿真結(jié)果的準(zhǔn)確性； 現(xiàn)場(chǎng)葉根聯(lián)接 斷裂失效分析，設(shè)計(jì)小錐度螺紋，驗(yàn)證新型螺栓 。 作者簽名： 日 期： 學(xué)位論文原創(chuàng)性聲明 本人鄭重聲明：所呈交的論文是本人在導(dǎo)師的指導(dǎo)下獨(dú)立進(jìn)行研究所取得的研究成果。本人授權(quán) 大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部或部分內(nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或掃描等復(fù)制手段保存和匯編本學(xué)位論文。 對(duì)葉片強(qiáng)度 試驗(yàn)方案作了簡(jiǎn)單的闡述，對(duì) 各工況應(yīng)變測(cè)試點(diǎn)布置及載荷的加載方法進(jìn)行了說(shuō)明，各工況 試 驗(yàn) 數(shù)據(jù)與通過(guò) Bladed 軟件算得的 理論值進(jìn)行對(duì)比分析，以驗(yàn)證軟件算得的準(zhǔn)確性、可靠性。 20xx 年以來(lái)，全球風(fēng)電累計(jì)裝機(jī)容量年平均增長(zhǎng)率為 %，新增裝機(jī)容量年平均增長(zhǎng)率為 %。美國(guó) GE WIND 風(fēng)電產(chǎn)品裝機(jī)容量在 兆瓦到 兆瓦之間，都具有變速變槳距運(yùn)行的特征，配置 獨(dú)特的電子控制裝置，不僅能夠用于陸上風(fēng)電場(chǎng)，還能用于海上風(fēng)電場(chǎng)。中國(guó)的風(fēng)機(jī)設(shè)備產(chǎn)能迅速增長(zhǎng)，其產(chǎn)業(yè)集中度進(jìn)一步提高。現(xiàn)場(chǎng)統(tǒng)計(jì)數(shù)據(jù)顯示，由于葉根聯(lián)接螺栓斷裂導(dǎo)致葉片事故的情況相當(dāng)嚴(yán)重。 技術(shù)路線及主要內(nèi)容 技術(shù)路線 為了能很好的實(shí)現(xiàn)工作內(nèi)容，本研究中采用 CAD/CAE 結(jié)合技術(shù)，將 ProE（三維建模軟件）、 GH Bladed(風(fēng)機(jī)性能和負(fù)載的設(shè)計(jì) 軟件 )、 ANSYS（有 限元分析軟件）等結(jié)合起來(lái)進(jìn)行協(xié)同仿真，研究技術(shù)路線如圖 14 所示。其中，采樣頻率為 NTsf ? 。同理，低頻部分則與大型渦相關(guān)，涵蓋了流動(dòng)的更大的部分。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。 本章小結(jié) 通過(guò)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。 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(guò)認(rèn)證。 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(guò)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。 圖 37 葉根在 X、 Y、 Z 方向的力 e:\dengxinli\ [Run 39。powprod39。 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。為方便研究，只考慮前三種載荷情況。 TurbSim 先在頻域中定義速度分量譜及空間連續(xù)性，然后通過(guò)逆傅里葉變換 (IFFT)生成時(shí)間序列值。 [23] 第二步，通過(guò)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(lái)表示方程 (214)中的相位。 f 是指頻率，單位為 Hz 。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。 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。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(kāi)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。 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)。迄今為止，世界上已有 82 個(gè)國(guó)家在積極開(kāi)發(fā)和應(yīng)用風(fēng)能資源。summrizing the blade root load characteristics and verifing the accuracy of its simulation results。通過(guò)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。 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。圖表整潔，布局合理，文字注釋必須使用工程字書(shū)寫(xiě)，不準(zhǔn)用徒手畫(huà) 3）畢業(yè)論文須用 A4 單面打印，論文 50 頁(yè)以上的雙面打印 4）圖表應(yīng)繪制于無(wú)格子的頁(yè)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(shū)、開(kāi)題報(bào)告、外 文譯文、譯文原文（復(fù)印件）次序裝訂 摘 要 通過(guò)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 。 calculating the blade load and analizing load distribution。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。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。 [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。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。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)。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 。 若空間上點(diǎn)的 數(shù)目為 NP ，則 jkS 為一個(gè) NP NP? 矩陣。 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。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。但是，不用作零部件的設(shè)計(jì)計(jì)算。] Time =100 s Blade 1 Mx Blade 1 My Blade 1 Mz [Nm] Blade station radius [m] 0 100000 20xx00 300000 400000 500000 600000 700000 800000 900000 0 5 10 15 20 25 30 35 e:\dengxinli\ [Run 39。powprod39。 正常工況下載荷譜分析 1． 葉片各個(gè)截面的載荷 本文以 風(fēng)力機(jī)為例，當(dāng)額定風(fēng)速為 ，得到湍流風(fēng)加載時(shí)間持續(xù)到 100 秒時(shí)的葉片各截面的載荷分布，如圖 3圖 36。 Bladed 采用的空氣動(dòng)力學(xué)模型是將傳統(tǒng)的葉素理論與動(dòng)量理論結(jié)合起來(lái)，形成葉素 動(dòng)量理論加以運(yùn)用。應(yīng)用 Von Karman模型和 Kaimal 模型對(duì)參考高度為 80m,平均風(fēng)速為 ，湍流因子為 的湍流風(fēng)進(jìn)行時(shí)間歷程仿真，并對(duì)仿真結(jié)果加以分析，為下一章的葉片載荷計(jì)算和研究作準(zhǔn)備。 湍流風(fēng)模擬器 在進(jìn)行風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片載荷仿真計(jì)算時(shí)，必須調(diào)用符合實(shí)際情況的風(fēng)文件。因此，相關(guān)函數(shù)必須將 j 點(diǎn)和 k點(diǎn)之間的距離 L 和頻率都要考慮到。這樣一來(lái)時(shí)間歷程表達(dá)如圖 21 所示： 圖 21 空間某一點(diǎn)離散采樣風(fēng)速的時(shí)間歷程 想要準(zhǔn)