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近幾年風(fēng)能利用掀起了全國熱潮，很多學(xué)者致力于風(fēng)能研究。風(fēng)力機(jī)葉片性能是否優(yōu)越是風(fēng)能利用率高低的關(guān)鍵。風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片是捕捉風(fēng)能的核心功能部件，也是風(fēng)力發(fā)電機(jī)最基礎(chǔ)的部件。多年來風(fēng)力機(jī)葉片動(dòng)力學(xué)特性及有限元分析一直受到諸多相關(guān)科技工作者的重視。葉片的動(dòng)力學(xué)分析不但考慮了靜止?fàn)顟B(tài)下的固有頻率及振型，也考慮了葉片在旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下的固有頻率及振型，并作了分析比較。在進(jìn)行強(qiáng)度分析時(shí)，在閱讀了大量文獻(xiàn)的基礎(chǔ)上，對(duì)葉片做了簡明扼要的靜力強(qiáng)度分析。
首先根據(jù)結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)基本理論，利用大型有限元分析軟件ANSYS軟件，分析和比較了葉片在靜止和不同轉(zhuǎn)速情況下的模態(tài)特性。然后基于空氣動(dòng)力學(xué)相關(guān)理論，分析風(fēng)力機(jī)葉片所承受的主要載荷，對(duì)風(fēng)力機(jī)葉片進(jìn)行強(qiáng)度分析，取得了一些有益的結(jié)果。分析過程及所取得的結(jié)果對(duì)于類似結(jié)構(gòu)的動(dòng)力學(xué)特性、優(yōu)化設(shè)計(jì)、強(qiáng)度及疲勞分析具有一定的借鑒意義。
風(fēng)力機(jī)葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)并非單一受載而是同時(shí)受到重力載荷、氣動(dòng)載荷和慣性載荷的共同作用。因此需要將三種載荷疊加施加到葉片上。分別模擬切入風(fēng)速為3m/s、額定風(fēng)速為7m/s、大風(fēng)速14m/s、切出風(fēng)速為20m/s四種風(fēng)速下，葉片同時(shí)受到三種載荷下的位移和應(yīng)力。通過ANSYS軟件，葉片同時(shí)受到三種載荷的最大等效位移和最大等效應(yīng)力值。
從圖中數(shù)據(jù)可以看出，載荷越大，葉片的位移和應(yīng)力值變化明顯并逐漸增加。當(dāng)風(fēng)速為切出風(fēng)速時(shí)，位移云圖，如圖所示。應(yīng)力云圖，如圖7所示。以及應(yīng)變分布云圖，如圖所示。由響應(yīng)圖可得靜力分析結(jié)果：葉片的最大位移變形位置在葉尖，最大值為40.431mm，對(duì)整個(gè)葉片來說影響不大；葉片受力最大部位是在葉片中部前緣處，最大值為31.255MPa，遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于葉片材料的的拉伸強(qiáng)度325MPa；易產(chǎn)生變形的位置在葉片中部，最大變形量為0.08%，也遠(yuǎn)遠(yuǎn)小于文獻(xiàn)玻璃鋼葉片最大彎曲應(yīng)變應(yīng)低于0.3%的要求。
（1）以600W風(fēng)力機(jī)為研究對(duì)象，基于結(jié)構(gòu)動(dòng)力學(xué)基本理論，利用有限元分析軟件ANSYS分別計(jì)算了靜止和不同旋轉(zhuǎn)速狀態(tài)下葉片固有頻率和振型。結(jié)果表明旋轉(zhuǎn)狀態(tài)下固有頻率明顯高于靜止?fàn)顟B(tài)，而振型形式類似。（2）運(yùn)用簡化懸臂梁理論及空氣動(dòng)力學(xué)理論分析葉片受力情況。將三種主要載荷疊加施加到葉片上，分別計(jì)算了幾種不同切入風(fēng)速下葉片的位移和等效應(yīng)力云圖。結(jié)果表明，葉片受到載荷后，葉尖處出現(xiàn)最大位移，葉片中部前緣處是葉片主要受力部位。在風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計(jì)、優(yōu)化和疲勞分析時(shí)應(yīng)充分考慮。
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