【正文】 共 37 頁 第 11 頁 基本原理 圖形變換的實質是對組成圖形的各頂點進行坐標變換 [15]。葉根部分考慮了安裝和結構的過渡性 ,按結構要求繪制，本文用圓周型連接。從前緣點至翼弦上最大彎度點的距離以 hx 表示，其相對值以 hx /L表示。39。在 ansys 求解環(huán)境中，以整體坐標 y軸為葉片旋轉軸線，葉片展向為 z 軸方向， x 軸在葉片旋轉平面內，且垂直于 y 軸和 z 軸。從圖上可以看出，最大應力及最小應力發(fā)生在葉根某一截面出的不同側，其值分別為 PaZ ax, ?? ， PaZ in, ??? Z方向應變如圖 316示，從圖上可以看出，最大應變及最小應變發(fā)生在葉根某一截面上的不同側，其值分別為 a x, ?? EZ? ， 092 5 in, ??? EZ? 從以上比較中我們可以得出：應力、位移、應變的最值大小及所處位置與翼型 形狀、位置及所加載荷方式有關。 共 37 頁 第 34 頁 致謝 本文的研究工作及論文的最終成文是在燕怒老師悉心指導和嚴格要求下完成的。考慮到葉片模型為殼體結構，通過將計算的彎矩載荷等效為線性分布力載荷的方案進行加載，最終應用有限元分析軟件 ANSYS 進行了進行葉片強度分析 .并得出優(yōu)化方向。從圖上可以看出， X方向的最大應變和最小應變發(fā)生在距葉尖約 1/10 處的翼型截面的不同側上，其值為 a x, ?? EX? ，083 8 in, ??? EX? 共 37 頁 第 28 頁 圖 311 Y 方向位移圖 圖 312 Y 方向應力圖 共 37 頁 第 29 頁 圖 313 Y 方向應變圖 Y 方向的位移圖如圖 311 所示。根據葉 片特點，將葉片根部與輪毅的連接看作剛性連接，根部六個自由度被固定全約束，整個結構簡化為懸臂梁形式進行分析。 離心彎矩： ? ??? ??? in nRnui aaCM 1 139。從前緣點至翼弦上相應于最大厚度 一點以 yx 表示，其相對值 yx /L稱為最大相對厚度。第二步：把這三列數據復制到一個文本文件 txt 中，在文本文 件中也要排成 3 列，數據前寫入文字 open Arclength begin section!1 begin curve； 第三步：把文本文件后綴名改為 ibl 格式，然后保存； 第四步：在 pro/e 中建立葉素翼型的樣條曲線。翼型數據及其氣動性可參考 profili 軟件、中國氣動力研究與發(fā)展中心的文獻等。并且?guī)缀谓Ｅc結構分析過程難以一次完成，使得分析模型精度降低。 LM公司研發(fā)部經理 Frank V. Nielsen 認為未來葉片設計的關鍵已從效率最大化轉移到能量成本 (COE)最 優(yōu)化，葉片將會更加細長，這種設計技術將會降低葉片載荷，葉片質量分布更加優(yōu)化，材料成本將會降低，產品質量將更加得到保證 [7]。干法成型屬于新興技術，先將纖維制成浸料，現場鋪放，加溫 (或常溫 )加壓固化，其生產效率高，由丹麥的 Vestas 公司首創(chuàng)并大量應用。丹麥RISO 一 A 系列，能在接近失速時具有最大升阻比 。 l)單機容量增大 :為提高風能利用率，降低使用成本， 5一 6MW 的海上風電機組已經推向市場，風力發(fā)電機組正趨向大型化。風電容量繼續(xù)每 3 年翻 1番， 至 2020 年底全球風力發(fā)電量達到 340TWh，相當于意大利全年總需電量或全球全年總用電量的 2%。控制方式從基本單一的定槳距失速控制向全槳葉變距和變速恒頻發(fā)展，預計在最近的幾年內將推出智能型風力發(fā)電機組；運行可靠性從 20 世紀 80年代初的 50%，提高到 98%以上。除了文中特別加以標注引用的內容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經發(fā)表或撰寫的成果作品。據估計，地球上所接收到的太陽輻射能大約有 2%轉換成風能，裝機容量可達 10TW，每年可發(fā)出電力 [1]。據國際能源署公布的預測資料，到 2020年全世界風力發(fā)電容量將達到 ，是 2020年世界風力發(fā)電裝機容量的 倍。近幾年，為滿足我國持續(xù)持續(xù)增長的經濟要求，國家發(fā)改革委制定了中長期能源戰(zhàn)略規(guī)劃，力爭到 2020 年，使風電裝機容量達到 3000 萬 kw，相當于替代了 2200 萬噸標準煤，同時使我國的風電設計、制造和管理技術達到國際先進水平。目前對于葉片的研究集中在翼型、結構、材料和工藝制造方面 [6]。 3)制造工藝研究 大型風力機葉片大多采用組裝方式制造，分別在兩個陰模上成型葉片蒙皮，分別在專用模具上成型主梁及其他玻璃鋼部件，然后在主模具上把兩個蒙皮、主梁及其它部件膠接組裝在一起，合模加壓固化后形成整體葉片。葉片氣動設計包括氣動外形設計及氣動性能計算，根據風力機總體性能要求確定風輪直徑、葉片數、轉速、葉片弦長、葉厚、扭角分布。 4） RAF— 6 翼型（英國翼型） 共 37 頁 第 8 頁 5）圓弧翼型 6） 791 翼型 在有限元分析中，分析對象幾何模型的好壞直接影響分析結果的準確性。典型運行工況下的雷諾數范圍是 65 102102 ??? [14]。 設氣動中心的坐標為 ? ?yx, 則以氣動中心為原點，弦線為 x軸的輪廓二維坐標為 ? ?11,yx =? ?00,yx ? ?yx, 再結合實際弦長得實際葉素坐標 ? ?22,yx =? ?11,yx *L 經旋轉，平移得三維空間的實際坐標為 共 37 頁 第 12 頁 ?????????????????????????????????????????????rzxyyxyxyyxx??222222222222a r c t a ns ina r c t a nc o s 通過 EXCEL 可完成各翼型截面上所有離散點的空間坐標計算，部分數據如表 22： 表 22 部分截面坐標數據 x y z 18000 18000 18000 18000 18000 18000 18000 18000 18000 18000 18000 18000 18000 pro/e 建模實現 通過上述過程獲得各葉素空間實際坐標 (x ， y ， z)，進而可通過各種繪圖軟件直接繪制葉片。如圖 32所示。 1）離心拉伸應力 ? ? ?????? ??? ??? 1122 12i 411 iiiii FRRwF ??? 離 （ 33） 式中： ? 葉片密度； w 葉片旋轉角速度； R截面半 徑； F葉片截面面積 共 37 頁 第 18 頁 2）氣動彎曲應力 軸向氣動力： ? ? ? ?? ?12212222 PPgVVzg RP aaa ???? ?? （ 34） iiCivTia bRqV ??2? i=1， 2.， 3?? （ 35） iaV 進出口邊的軸面速度； vTq 理論流量； CiR 進口邊處的軸面流體過斷面形成線的質量中心半徑； 1b 上述形成線的長度； 1? 排擠系數， 1? =1112Rzsu? (z葉片數， 1us 圓周厚度，其中 vTq , 1CR ,1b ， z, 1us已知 )。本文采用自適應網格劃分方式，主要從葉片的徑向和環(huán)向進行劃分，在徑向方向考慮其縱向加強筋梯度變化為網格劃分控制點。其各個方向的應力圖、位移圖、應變圖分別如圖示 圖 37 總的位移圖 共 37 頁 第 26 頁 圖 38 X 方向位移圖 圖 39 X 方向應力圖 共 37 頁 第 27 頁 圖 310 X 方向應變圖 X方向的位移圖如圖 38 所示。由此，我們可以從加載方式上進行優(yōu)化，如改變葉片安裝角，讓葉片受力方式簡化成只受集中力和彎矩的作用等。謹向老師表示衷心的感謝和崇高的敬意！ 感謝所有教過我的老師，你們嚴謹的治學態(tài)度，勤勉的工作作風，無私的精神給我留下了深刻的記憶。翼型形狀的優(yōu)化將是葉片優(yōu)化中永遠不變的主題，在此 優(yōu)化中，可以選擇優(yōu)化翼型幾何參數，翼型材料等等。其值如表 32所示： 表 32 風機葉片所受的簡化載荷 截面編號 xF （升力 N） yF （重力 +阻力 N） zF （慣性力 N） 1 2362 6400+130 2822 2 3012+96 1534 3 1467 1664+ 4 1424 +56 5 1341 + 2839 6 1082 237+46 7 660 67+30 8 39+22 9 305 + 由上表知模型個截面的三相載荷，從而在 ansys 中對模型施加載荷，先將坐標系移至某一截面命令為 WorkPlane— Offset WP To— xyzLocations +，移至截面后在加載，ansys 加載的 GUI 命令為“ Solution — Define Loads — Apply — Structural —Force/Moment— On Nodes”選中相關區(qū)域，輸入載荷 。39。 作用在葉片上的空氣動力是風力機最主要的動力來源，也是各個零部件載荷的主要來源，其載荷主要包括揮舞方向和擺振方向的剪力與彎矩，以及變槳距時與變槳距力矩平衡的葉片俯仰力矩。如圖 25 所示 : 共 37 頁 第 15 頁