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1、精选优质文档-倾情为你奉上 毕 业 论 文 题 目： 750KW风力机叶片建模与模态仿真分析 学院： 专业： 机械设计制造及其自动化 班级： 学号： 学生姓名： 导师姓名： 完成日期： 2014年6月20日 诚 信 声 明 本人声明：1、本人所呈交的毕业设计（论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外，毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。 作者签名： 日期： 年 月 日毕业设计（论文）任务书 题目： 750K
2、W风力机叶片建模与模态仿真分析 姓名 学院 专业 班级 学号 指导老师 职称 教研室主任 一、 基本任务及要求： 1、查阅20篇左右文献资料，撰写开题报告和文献综述。 2、确定叶片主要翼形构成、外形参数及载荷。 3、应用三维建模软件建立叶片三维实体模型。 4、应用仿真软件对复合材料叶片进行模态仿真分析。 5、改变叶片转速，讨论复合材料叶片动力刚化效应对振动的影响。 6、按照要求撰写毕业论文和打印图纸。 二、 进度安排及完成时间：2014.2.203.5：课题调研（含毕业实习及撰写毕业实习报告）、查阅文献资料。 2014.3.63.28：撰写文献综述和开题报告。 2014.3.294.8：确定叶
3、片主要翼形构成、外形参数及载荷。 2014.4.94.19：应用三维建模软件建立叶片三维实体模型。 2014.4.204.27：应用仿真软件对复合材料叶片进行模态仿真分析。 2014.4.285.5：改变叶片转速，讨论复合材料叶片动力刚化效应对振动的影响。2014.5.65.26：撰写毕业论文、完成设计。 2014.5.276.10：整理毕业设计资料，毕业答辩。 目 录专心-专注-专业750KW风力机叶片建模与模态仿真分析摘要: 本文对某型750KW水平轴风力机叶片进行研究，根据已有气动理论和相关气动软件propid来确定叶片的最优外形参数。运用UG NX7.5结合Excel软件来进行叶片的三
4、维建模。然后，利用有限元分析软件ANSYS/Workbench对建好的模型进行模态仿真分析，获得叶片在静止状态和额定转速下的前12阶的模态振型和固有频率，得到结论，挥舞和摆振是风力机叶片的主要振动形式，从振型图可以看出，叶片的振动节点主要分布在叶尖三分之一处。从现实风机叶片疲劳破坏来看，大多数叶片折断点主要在叶尖三分之一处。在预应力叶片模态分析结果中可知，叶片从第一阶至六阶振型均表现为弯曲的振动，可见叶片的振型主要表现为挥舞弯曲振型。在不同转速下叶片的动力刚化是叶片的转动与其弹性变形相互影响的结果，转速增高，惯性力对刚度的影响增大，叶片固有频率的增加越多。 关键词：风力机叶片，三维建模，模态分
5、析。 3D Modeling and Modal Analysis on 750KW Large Wind Turbine BladeAbstract:In this paper, a certain type of 750KW horizontal axis wind turbine blade research to determine the optimal shape of the blade aerodynamic parameters based on existing theories and associated pneumatic software propid. UG NX
6、7.5 use Excel software to combine three-dimensional modeling of the blade. Then, using the finite element analysis software ANSYS / Workbench to build the simulation model of modal analysis, access to the previous 12-order mode shapes and natural frequencies of the blade in the stationary state and
7、the rated speed, conclusion, waving and shimmy major wind turbine blade vibration forms can be seen from Figure modal vibration nodes mainly in the tip of the blade third. Fan blade fatigue damage from reality, the majority of the blade tip to break the main point in third place. Seen in prestressed
8、 modal analysis results leaves, leaves from the first-order vibration mode showed six bending vibration mode shapes of leaves visible mainly for waving bending modes. Power at different speeds of the blade is just the result of elastic deformation of the blade with the rotation of the interaction, t
9、he speed increases, the inertia force to increase the stiffness, the more the increase of the natural frequency of the blade.Key words: wind turbine blades, 3D modeling, modal analysis.第1章 绪 论1.1 前言近年来风力发电行业取得了快速发展1，并且风力发电机正朝着大型化的方向发展。叶片作为风力发电机上捕捉风能关键部件，其曲面设计复杂困难。叶片在朝大型化发展过程中，其自重增加，展长增大，同时承载复杂载荷，主要有
10、重力载荷、惯性载荷和不定常变化的气动载荷，风机运行过程中受到这些周期性载荷，必然会产生持续的周期性振动，主要有挥舞，摆振以及扭振三种振动形式。振动问题会引起机构的疲劳损伤和破坏，影响设备的运行稳定性，这给大型风力机叶片的设计提出更大挑战。本文针对大型风力机叶片设计中的这些棘手问题，对大型风力机叶片三维模型建模和模态分析开展研究。1.2研究的目的和意义大自然中的风能具有不稳定、能量密度低地域分散等特点，风力机长期处在较为恶劣的大气环境中工作，长期受风剪切、表面污染腐蚀的影响，从而引起复杂的气动问题和流固耦合问题，对其安全性、可靠性提出了很高的要求。叶片是风力机组件中结构最为复杂的装置，风力机的大
11、型化对叶片设计和制造工艺的要求也逐渐提高。风力机叶片的设计过程中包括叶片的气动设计和结构设计，气动设计主要根据空气动力学原理设计确定叶片的几何外形、表面光洁度等，其目的是确保风力机叶片得到较高的升力，能更好的获取风能。结构设计主要是确定叶片的内部铺层等，确保叶片在受到离心力、弯扭距等情况下能够不发生失稳和局部较大变形，保证风力机安全稳定的运行2。为了获得较好的气动性能，多把风力机叶片设计成不对称形状，这也加大了风力机叶片气动分析的难度。CFD的数值模拟方法是目前较为常用的叶片气动性能分析方法，这些方法已成功应用于湍流、风剪切、偏航、塔影等各种定常与非定常的气动现象的理论研究与工程应用中。由于风
12、场中测风塔的数量限制，不同位置处的剪切风速分布亦可通过CFD软件求得。2000年NREL Phase VI盲比实验证明了CFD技术已成为分析叶片气动性能强有力的研究手段，即使是在流动具有很强三维性和深度失速的条件下3。叶片大型化的发展趋势对其材料、强度、刚度、重量等方面的铺层结构设计提出了更高的要求，从而需要对叶片各部分的应力特征进行比较准确的分析来指导叶片的铺层结构设计4。风力机叶片的结构分析主要包括模态分析、应力应变分析、疲劳寿命分析和流固耦合分析等。常见的分析方法有实验分析和有限元分析，实验分析由于成本、可行性等因素只适用于尺寸较小的叶片，现在大型的风力机叶片更多采用有限元分析的方法。我国的风力机制造行业相对国外起步较晚，虽然目前我们在世界风电行业的制造生产能力位于前列，但是我们还有很多不足。我们得核心技术没有外国企业先进，很多技术还需要向外国企业购买，但由于很多核心技术的保密性，我们国内的风力机生产制造水平与外国企业还有一点的差距，因此，对于提高我国风力机叶片自主研发能力，探索提高叶片的气动性能分析和结构分析准确性
