风力发电机叶片振动模态分析报告

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1、word格式完美整理·机电与车辆工程学院毕业设计题目：风力发电机叶片振动模态分析专业：机械设计制造及其自动化班级：09自动化（2）班姓名：张慧学号：1666090231指导教师：乔印虎日期：2013-6-5可编辑版word格式完美整理目录引言11．概况及现状分析11.1风力发电机组技术发展动向和现状11.1.1国外风电技术发展现状11.1.2国内风电技术发展现状21.2有限元技术发展状况31.3本课题的研究内容及意义42．数学模型构建52.1结构模态分析52.2进行模态分析的功能52.3模态分析的步骤52.3.1建模5

2、2.3.2定义分析步类型并设置相应选项52.3.3施加边界条件、载荷并求解52.3.4结果处理52.4自由振动微分方程式62.5风力机基本概念62.5.1水平轴风力机62.5.2垂直轴风力机72.6风机叶片的设计72.6.1特征风速的描述和估算82.6.2风力机叶片设计方案103、叶片有限元仿真模型的建立133.1叶片实体模型133.2网格的划分143.3定义材料属性153.4边界条件及载荷174、叶片的模态分析18结论24参考文献26abstract27可编辑版word格式完美整理风力发电机叶片振动模态分析摘要：随着

3、能源危机的进一步恶化，风能作为可再生能源在世界各国越来越受到重视，风力发电技术得到了长足的发展。风力发电机的叶片是风力机的关键部件，叶片的设计及研究是整台风力发电机的设计的关键环节。对风力机叶片的设计、振动及强度分析尤为重要。本文首先以空气动力学为基础，结合风力机的相关基本理论，对风力发电机叶片进行了设计及建模。首先将由Pro/E绘制好的叶片实体模型导入Abaqus中，利用Abaqus对叶片进行划分网格、定义材料属性以及确定边界条件及施加载荷，完成叶片有限元模型的建立；然后对叶片进行模态分析态，得出叶片的前十阶频率、振

4、型。通过分析表明叶片的动力学性能均符合设计要求，可以对叶片进行后续的研究。关键词：风力发电机；叶片；强度分析；模态分析引言国外很多学者都进行过针对叶片的分析研究，但研究方法和目的各不相同。有些学者主要从理论上对叶片的动态特性进行计算和分析，从而得出叶片的振动方程；另外一些学者就叶片的几种简化模型进行讨论，并提出自己认为比较合适的模型；有些则是以优化为目的对叶片的振动特性进行有限元分析；另外一些人则结合实验对叶片的某些部位进行了强度分析，这些分析都没有对叶片有限元模型的建立、分析等给予详细介绍[1]。有限元模型的建立是对

5、风力机叶片进行力学分析的基础，其有限元模型的精度至关重要，有限元模型在叶片设计初期对方案的选择起到参考作用。叶片的静力学分析是从整体上分析叶片结构应力和应变分布规律，系统分析叶片结构的受力特点，校核叶片的强度，并为铺层设计提供参考[2]。风力机的叶片作为一种弹性结构，且工作时作周期性旋转，作用在其上的载荷具有交变性和随机性。为了防止叶片发生共振疲劳破坏，有必要对叶片进行振动特性分析。将以有限元软件Abaqus为基础，对大型风力机叶片有限元模型的建立、分析进行深入研究和探讨。可编辑版word格式完美整理1．概况及现状分析

6、1.1风力发电机组技术发展动向和现状1.1.1国外风电技术发展现状全球可利用的风能资源非常丰富，风能总量比地球上可开发利用的水能总量大10倍以上。风力发电机组的研究与制造以欧洲国家最具有代表性，如丹麦、德国、荷兰和比利时等国家，其中丹麦生产和销售量居世界的首位，而技术和发展速度则属德国最快。从应用和管理角度看，美国目前是世界风力装机容量和发电量最多的国家，装机容量超过了2X104MW，且每年仍以10％的速度增加。风力发电在新能源和可再生能源行业中增长最快，平均每年增长达到35％，美国、意大利和德国的年增长高达50％以上

7、。德国风电量已占全国总发电量的4.7％以上，丹麦风电已超过总发电量的20％。全球已有50多个国家正积极促进风能事业的发展。由于风力发电技术相对成熟，许多国家投入较大、发展较快，使风电价格不断下降，考虑环保和地理因素，加上政府税收优惠和相关政策支持，在投资、电价方面有些地区已可与火电等能源展开竞争。自1995年以来，世界风能发电速度几乎增加近5倍。同一时期，煤电发电却下降了9％。在全球范围内，风力发电已经形成了年产值超过50亿美元的产业。截至2001年底，全球风能发电能力已经达到25000MW，比上一年增长6500MW，

8、增长了35％。到2002年底，世界积累的风力发电设备有61000台，总装机容量为32000MW，排在前四位的是德国、美国、西班牙和丹麦。欧洲占75％。预计到2007年底，风力发电总能力累计将达到83000MW，其中欧洲达58000MW。1.1.2国内风电技术发展现状我国风能资源储量居世界首位，总的可开发利用的风能总量2.53亿千瓦