大型風力機葉片結構設計理論研究.pdf

1、風力機葉片的設計可以分為兩個階段：葉片的氣動設計和結構設計。本論文僅涉及葉片的結構設計。本文首先介紹了風力機葉片結構設計的基本理論及基于該理論的風力機葉片結構設計軟件 BLADE-SAP。由于在進行葉片結構設計時,精確計算其截面特性對于風力機葉片的結構設計具有重要意義,是大型風力機葉片結構初步設計采用經(jīng)典梁理論或應用梁單元進行分析計算的一個基礎,因此本文介紹了一種普遍適用的葉片剖面幾何特性參數(shù)計算的數(shù)值方法,并以國產(chǎn)200KW風力機葉片

2、為例,介紹了這種數(shù)值方法。 隨著風力機葉片大型化趨勢的發(fā)展,葉片結構變得越來越柔,再加上葉片本身材料具有高強度和低模量的特點,因此在極端風載荷的作用下將會產(chǎn)生相當大的撓度。理論上在這種風載荷的作用下,幾何非線性因素應該考慮。本文提出了一種基于近似非線性梁理論的修正的差分迭代法計算了葉片的幾何非線性變形,并與基于幾何非線性有限元法的幾何非線性解進行了比較,證明了其具有較高的精度。通過對國產(chǎn)200KW風力機葉片的幾何非線性分析,表明

3、對該葉片其線性解和幾何非線性解相差甚微,在設計該葉片結構時,可以不考慮幾何非線性的影響。且?guī)缀畏蔷€性解較線性解得到的葉尖撓度小,因此采用線性梁理論得到的計算結果是偏于保守的。 為了防止風力機在運營時發(fā)生共振,精確而高效地計算葉片低階自振頻率對于風力機的結構設計具有重要的意義。在葉片結構設計實踐中,迭代法、矩陣迭代法是常用的方法。本文分別選取三維殼單元和梁單元對國產(chǎn)200KW風力機葉片結構進行了模態(tài)分析,并注意與瑞利法計算得到的結