【正文】 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]。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。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。39。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。從圖上可以看出，最大應(yīng)力及最小應(yīng)力發(fā)生在葉根某一截面出的不同側(cè)，其值分別為 PaZ ax, ?? ， PaZ in, ??? Z方向應(yīng)變?nèi)鐖D 316示，從圖上可以看出，最大應(yīng)變及最小應(yīng)變發(fā)生在葉根某一截面上的不同側(cè)，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(yīng)力、位移、應(yīng)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(guān)。 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(dǎo)和嚴(yán)格要求下完成的?？紤]到葉片模型為殼體結(jié)構(gòu)，通過將計算的彎矩載荷等效為線性分布力載荷的方案進(jìn)行加載，最終應(yīng)用有限元分析軟件 ANSYS 進(jìn)行了進(jìn)行葉片強(qiáng)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(yīng)變和最小應(yīng)變發(fā)生在距葉尖約 1/10 處的翼型截面的不同側(cè)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(yīng)力圖 共 37 頁 第 29 頁 圖 313 Y 方向應(yīng)變圖 Y 方向的位移圖如圖 311 所示。根據(jù)葉 片特點(diǎn)，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(jié)構(gòu)簡化為懸臂梁形式進(jìn)行分析。 離心彎矩： ? ??? ??? in nRnui aaCM 1 139。從前緣點(diǎn)至翼弦上相應(yīng)于最大厚度 一點(diǎn)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(shù)據(jù)復(fù)制到一個文本文件 txt 中，在文本文 件中也要排成 3 列，數(shù)據(jù)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(shù)據(jù)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(xiàn)等。并且?guī)缀谓Ｅc結(jié)構(gòu)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(jīng)理 Frank V. Nielsen 認(rèn)為未來葉片設(shè)計的關(guān)鍵已從效率最大化轉(zhuǎn)移到能量成本 (COE)最 優(yōu)化，葉片將會更加細(xì)長，這種設(shè)計技術(shù)將會降低葉片載荷，葉片質(zhì)量分布更加優(yōu)化，材料成本將會降低，產(chǎn)品質(zhì)量將更加得到保證 [7]。干法成型屬于新興技術(shù)，先將纖維制成浸料，現(xiàn)場鋪放，加溫 (或常溫 )加壓固化，其生產(chǎn)效率高，由丹麥的 Vestas 公司首創(chuàng)并大量應(yīng)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(jī)容量增大 :為提高風(fēng)能利用率，降低使用成本， 5一 6MW 的海上風(fēng)電機(jī)組已經(jīng)推向市場，風(fēng)力發(fā)電機(jī)組正趨向大型化。風(fēng)電容量繼續(xù)每 3 年翻 1番， 至 2020 年底全球風(fēng)力發(fā)電量達(dá)到 340TWh，相當(dāng)于意大利全年總需電量或全球全年總用電量的 2%?？刂品绞綇幕締我坏亩嗍倏刂葡蛉珮~變距和變速恒頻發(fā)展，預(yù)計在最近的幾年內(nèi)將推出智能型風(fēng)力發(fā)電機(jī)組；運(yùn)行可靠性從 20 世紀(jì) 80年代初的 50%，提高到 98%以上。除了文中特別加以標(biāo)注引用的內(nèi)容外，本論文不包含任何其他個人或集體已經(jīng)發(fā)表或撰寫的成果作品。據(jù)估計，地球上所接收到的太陽輻射能大約有 2%轉(zhuǎn)換成風(fēng)能，裝機(jī)容量可達(dá) 10TW，每年可發(fā)出電力 [1]。據(jù)國際能源署公布的預(yù)測資料，到 2020年全世界風(fēng)力發(fā)電容量將達(dá)到 ，是 2020年世界風(fēng)力發(fā)電裝機(jī)容量的 倍。近幾年，為滿足我國持續(xù)持續(xù)增長的經(jīng)濟(jì)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(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到 3000 萬 kw，相當(dāng)于替代了 2200 萬噸標(biāo)準(zhǔn)煤，同時使我國的風(fēng)電設(shè)計、制造和管理技術(shù)達(dá)到國際先進(jìn)水平。目前對于葉片的研究集中在翼型、結(jié)構(gòu)、材料和工藝制造方面 [6]。 3)制造工藝研究 大型風(fēng)力機(jī)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(shè)計包括氣動外形設(shè)計及氣動性能計算，根據(jù)風(fēng)力機(jī)總體性能要求確定風(fēng)輪直徑、葉片數(shù)、轉(zhuǎn)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(jié)果的準(zhǔn)確性。典型運(yùn)行工況下的雷諾數(shù)范圍是 65 102102 ??? [14]。 設(shè)氣動中心的坐標(biāo)為 ? ?yx, 則以氣動中心為原點(diǎn)，弦線為 x軸的輪廓二維坐標(biāo)為 ? ?11,yx =? ?00,yx ? ?yx, 再結(jié)合實(shí)際弦長得實(shí)際葉素坐標(biāo) ? ?22,yx =? ?11,yx *L 經(jīng)旋轉(zhuǎn)，平移得三維空間的實(shí)際坐標(biāo)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(diǎn)的空間坐標(biāo)計算，部分?jǐn)?shù)據(jù)如表 22： 表 22 部分截面坐標(biāo)數(shù)據(jù) x y z 18000 18000 18000 18000 18000 18000 18000 18000 18000 18000 18000 18000 18000 pro/e 建模實(shí)現(xiàn) 通過上述過程獲得各葉素空間實(shí)際坐標(biāo) (x ， y ， z)，進(jìn)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(yīng)力 ? ? ?????? ??? ??? 1122 12i 411 iiiii FRRwF ??? 離 （ 33） 式中： ? 葉片密度； w 葉片旋轉(zhuǎn)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(yīng)力 軸向氣動力： ? ? ? ?? ?12212222 PPgVVzg RP aaa ???? ?? （ 34） iiCivTia bRqV ??2? i=1， 2.， 3?? （ 35） iaV 進(jìn)出口邊的軸面速度； vTq 理論流量； CiR 進(jìn)口邊處的軸面流體過斷面形成線的質(zhì)量中心半徑； 1b 上述形成線的長度； 1? 排擠系數(shù)， 1? =1112Rzsu? (z葉片數(shù)， 1us 圓周厚度，其中 vTq , 1CR ,1b ， z, 1us已知 )。本文采用自適應(yīng)網(wǎng)格劃分方式，主要從葉片的徑向和環(huán)向進(jìn)行劃分，在徑向方向考慮其縱向加強(qiáng)筋梯度變化為網(wǎng)格劃分控制點(diǎn)。其各個方向的應(yīng)力圖、位移圖、應(yīng)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(yīng)力圖 共 37 頁 第 27 頁 圖 310 X 方向應(yīng)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(jìn)行優(yōu)化，如改變?nèi)~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(jǐn)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(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)態(tài)度，勤勉的工作作風(fēng)，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(yuǎn)不變的主題，在此 優(yōu)化中，可以選擇優(yōu)化翼型幾何參數(shù)，翼型材料等等。其值如表 32所示： 表 32 風(fēng)機(jī)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(biāo)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(guān)區(qū)域，輸入載荷 。39。 作用在葉片上的空氣動力是風(fēng)力機(jī)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