《基于ansys的垂直轴风力机塔架的力学性能分析及优化》new

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1、基于ANSYS的垂直轴风力机塔架的力学分析及结构优化（山东科技大学机电学院，山东青岛266510）摘要:基于ANSYS对大型垂直轴风力机塔架进行静态学分析、动力学分析及结构优化。首先根据风力机的功率确定塔架的大体尺寸，然后对塔架进行静力分析，并对塔架承受最大载荷时的最大应变进行强度校核；动力学分析包括有预应力的模态分析、地震谱响应分析。ANSYS优化通过改变塔架的厚度使其固有频率增大，从而避免因塔架在发电机的激励下共振产生的破坏。通过对塔架的力学分析确保了塔架性能的可靠性，为塔架的安全性提供了理论依据，并且在满足力学性能的前提下使塔架的质量最轻，降低了塔架的

2、制造成本。关键词:垂直轴风力机塔架；静力学分析；动力学分析；地震谱响应分析；结构优化；ANSYS中图分类号:TK83文献标志码:A文章编号:1672-3767(2011)07-0000-07MechanicalPerformanceAnalysisAndStructureOptimizationOfTowerOfVerticalAxisWindTurbineBasedOnANSYS（CollegeofMechanicalandElectronicEngineering，ShanDongUniversityofScienceandTechnology，Qing

3、Dao266510,China）Abstract:Staticsanalysis,dynamicsanalysisandstructuraloptimizationoflargetowerofverticalaxiswindturbinewerepresentedbasedonANSYS.Firstofall,accordingtothepowerofthewindgeneratorsthesizeofthetowerwasdetermined.Andthenstaticsanalysisforthetowerwascarriedout.Andthestre

4、ngthcheckforthemaximumstrainofthetowerwasdiscussedunderthemaximumload.Dynamicsanalysisincludingprestressedmodalanalysis,seismicresponsespectrumanalysiswasperformed.UsingANSYSoptimizationbychangingthethicknessofthetoweroftheinherentfrequencyincreases,soastoavoidthegeneratorfortoweru

5、ndertheexcitationofresonanceproduceddamage.Throughtothemechanicalanalysisofthetowertoensurethereliabilityofthetoweroftheperformanceforthesafetyofthetower,toprovidethetheoreticalbasisforthemechanicalproperties,andmakethequalityofthetowerofthelightestinmeetthepremiseofmechanicalprope

6、rties,reducethetowerofmanufacturingcost.Keywords:towerofverticalaxiswindturbine;staticsanalysis;dynamicsanalysis;seismseismicresponsespectrumanalysis;structuraloptimization;ANSYS风能资源主要集中在50米以上的高空，是低空资源的2倍左右，大容量的风力机机组便于大规模风能的开发利用，因此大功率的风机具有很好的发展前景。在风力发电机中，塔架占成本的25%左右[1]。塔架是风力机的承载部分，

7、塔架的设计是风力发电机组不可缺少的一部分，尤其对于大功率的风力机组[2]。结构振动导致的材料疲劳通常是系统损坏的主要原因之一，振动还会产生噪音，影响周围环境，所以塔架的力学分析对于风力机的安全可靠性能具有重要的参考价值。目前，对风力机的研究大都集中在叶片、发动机性能等的研究上，对于塔架的研究很少，尤其是针对大塔架的研究更为少见[3]，垂直轴风力塔架的分析在国内基本是空白。本研究是在前人分析水平轴风力机的基础上，根据垂直轴风力机的实际受力对塔架进行加力并分析，为大型垂直轴的风力机塔架的制造提供了理论依据。本文首先对垂直轴风力机塔架的模型尺寸的计算与建模，接着对

8、模型加载载荷进行静态的受力分析，在受力的情况下对模型