【正文】 . 北京：人民教育出版社，1991年[8]李軍向，薛忠民，王繼輝，馮賓春. 大型風(fēng)輪葉片設(shè)計(jì)技術(shù)的現(xiàn)狀與發(fā)展趨勢(shì)[J]. 復(fù)合材料, 1003一0999 (2008)O1一0048一OS[9] 蓋曉玲 田德 王海寬 韓巧麗 徐麗娜 王利俊. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片技術(shù)的發(fā)展概況與趨勢(shì)[J]. 農(nóng)村牧區(qū)機(jī)械化 2006 年第 4 期[10] 時(shí)燕 田德 王海寬 亢燕茹 孫云峰 張春友. 風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片設(shè)計(jì)技術(shù)的發(fā)展概況[J].科學(xué)研究。感謝一起愉快生活、學(xué)習(xí)的081053班所有同學(xué)，和你們一起的四年是我人生中一筆可貴的財(cái)富。老師嚴(yán)謹(jǐn)?shù)闹螌W(xué)嚴(yán)謹(jǐn)、知識(shí)淵博、刻苦鉆研的精神，給我留下了深刻的印象并使我終生受益。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。風(fēng)力發(fā)電的主要課題之一就是風(fēng)機(jī)葉片的結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)及優(yōu)化?？紤]到葉片模型為殼體結(jié)構(gòu)，通過(guò)將計(jì)算的彎矩載荷等效為線性分布力載荷的方案進(jìn)行加載。本文以風(fēng)機(jī)葉片為研究對(duì)象，采用 NACA 系列翼型，在葉片的數(shù)據(jù)采集、三維建模和強(qiáng)度分析等方面進(jìn)行了研究，主要工作及結(jié)論如下:，系統(tǒng)地介紹了風(fēng)機(jī)葉片的幾種葉展形狀設(shè)計(jì)模型，并采用了NACA4412翼型，使用Profili軟件采集葉素?cái)?shù)據(jù)，得到可用于三維建模的數(shù)據(jù)序列。有結(jié)論中可以看出，第一類工況下應(yīng)力最值較大，優(yōu)化時(shí)可從減輕重量、減小慣性等方面入手；有集中力和彎矩作用的葉片變形最值均較小[21]；而氣動(dòng)力、重力、慣性力作用的葉片變形較大。3）加載方式。2）位置。因此，在優(yōu)化時(shí)應(yīng)從以下方面著手[20]：1）翼型。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，Z方向應(yīng)變?nèi)鐖D316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，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)。從圖上可以看出，Y方向最大應(yīng)變及最小應(yīng)變?cè)谌~根處某一截面的不同側(cè)上，其值分別為，圖314 Z方向位移圖圖315 Z方向應(yīng)力圖圖316 Z方向應(yīng)變圖Z方向位移圖如314圖示。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，圖311 Y方向位移圖圖312 Y方向應(yīng)力圖圖313 Y方向應(yīng)變圖Y方向的位移圖如圖 311 所示。從圖中可以看出，工況下X方向的最大位移發(fā)生在葉尖處，其值為，最小位移發(fā)生在葉根處，其值為X方向應(yīng)力圖如圖39所示。本工況考慮了氣動(dòng)力的升力和阻力載荷、重力載荷和慣性力載荷。GUI命令為“Soiution—Slove—Current LS”。如圖36所示：圖36 截面施加載荷重復(fù)上述過(guò)程，將個(gè)截面載荷分別加載即可。表31風(fēng)機(jī)葉片所受的簡(jiǎn)化集中力載荷和彎矩載荷模型中將升力載荷加在X方向，將阻力載荷與重力載荷加在Y方向，將慣性載荷加在Z方向。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)閦軸方向，x軸在葉片旋轉(zhuǎn)平面內(nèi)，且垂直于y軸和z軸。同時(shí)，結(jié)構(gòu)靜力分析還包括計(jì)算那些固定不變的慣性載荷以及那些近似等價(jià)為靜力作用的隨時(shí)間變化的載荷對(duì)結(jié)構(gòu)的影響。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(gè)自由度被固定全約束，整個(gè)結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為懸臂梁形式進(jìn)行分析。GUI命令為“Preprocessor—Meshing—Meshing Tool”進(jìn)行網(wǎng)格劃分，劃分網(wǎng)格后如圖34所示：圖34 葉片網(wǎng)格劃分在有限元分析中載荷包括內(nèi)外環(huán)境對(duì)物體的作用和邊界條件，包括自由度、集中載荷、面載荷、體載荷和慣性載荷。網(wǎng)格劃分可采用自由網(wǎng)格、映射網(wǎng)格以及自適應(yīng)網(wǎng)格劃分。GUI命令為“Preprocessor—Material Props—Material Model”定義材料性能參數(shù)，楊氏彈性模量E==，密度劃分網(wǎng)格是建立有限元模型的一個(gè)重要環(huán)節(jié)，劃分網(wǎng)格的形式和大小直接影響到計(jì)算精度和計(jì)算規(guī)模[18]。離心彎矩： （311a） （311b）式中：a——軸向坐標(biāo)； u——周向坐標(biāo) 坐標(biāo)變換： （312a） （312b）離心彎曲應(yīng)力： （313）總應(yīng)力計(jì)算： （314）將pro/e中建好的模型另存為*.igs文件格式[17]，打開(kāi)ansys，在File—import—iges中選擇上述另存的*.igs文件，打開(kāi)文件，如圖33示：圖33 葉片導(dǎo)入ansys中的模型葉片是一個(gè)殼單元，是空心結(jié)構(gòu)，通過(guò)前處理定義殼單元類型，GUI命令為“Preprocessor—Element—Add/Edit/Delete”定義為殼體單元 SHELL63。周向氣動(dòng)力： （36） i=1，2，3….. （37）葉輪葉片進(jìn)口邊的圓周速度；葉輪葉片進(jìn)出口邊的直徑；n轉(zhuǎn)速，,n已知；進(jìn)出口氣體重度；進(jìn)出口氣體壓力；a軸向坐標(biāo)； u軸向坐標(biāo)坐標(biāo)變換：將彎矩投影到葉片界面的主慣性軸η，ζ上 （38a） （38b）式中：α是η與X軸的夾角氣動(dòng)彎曲應(yīng)力： （39）式中 J 為慣性矩。把葉片看作根部固定的懸臂梁，葉片各截面重心連線為空間曲線，它在外力作用下發(fā)生的變形可忽略不計(jì)，且僅計(jì)算葉片上由離心符合引起的拉伸應(yīng)力和彎曲應(yīng)力以及動(dòng)力（氣動(dòng)力）引起的彎曲應(yīng)力。具體計(jì)算公式如下:升力： （31）阻力： （32）式中：翼型升力系數(shù)； 翼型阻力系數(shù)；不受外界因素影響的液流相對(duì)速度的幾何平均值；A翼型的最大投影面面積；空氣密度，葉片在轉(zhuǎn)動(dòng)過(guò)程中始終承受著重力載荷的作用，在模型中將重力載荷加載在Y方向。葉片上的氣動(dòng)載荷可以根據(jù)動(dòng)量一葉素理論計(jì)算。本文所要研究的作用在風(fēng)力機(jī)上的載荷主要包括：空氣動(dòng)力載荷（升力和阻力）、重力載荷、慣性力載荷、葉片上的載荷[16]。從前緣點(diǎn)至翼弦上最大彎度點(diǎn)的距離以表示，其相對(duì)值以/L表示。4）翼型彎度h 翼型骨線至翼弦的距離，稱為翼型彎度或翼型拱度。從前緣點(diǎn)至翼弦上相應(yīng)于最大厚度一點(diǎn)以表示，其相對(duì)值/L稱為最大相對(duì)厚度。1） 翼弦長(zhǎng)度連接翼型前、后緣點(diǎn)的直線長(zhǎng)度稱為翼型長(zhǎng)度。圖31 機(jī)翼 圖32 翼型垂直于翼展重心軸線的機(jī)翼剖面稱為翼型或翼型剖面。根據(jù)展弦比的不同，可把機(jī)翼分為兩種：一為有限展翼比機(jī)翼，或稱有限翼展機(jī)翼，如圖 31(a)所示；另一種為無(wú)限展弦比機(jī)翼，或稱無(wú)限翼展機(jī)翼，其翼展長(zhǎng)度為無(wú)限大，如圖 31(b)所示。機(jī)翼的形狀如圖31所示圖中l(wèi)稱為翼弦長(zhǎng)度，b稱為翼展，l /b稱為展弦比。在pro/e中通過(guò)各個(gè)葉素的樣條曲線，創(chuàng)建整個(gè)葉片的自由扭曲的曲面形狀。葉根部分考慮了安裝和結(jié)構(gòu)的過(guò)渡性,按結(jié)構(gòu)要求繪制，本文用圓周型連接。如