小型水平轴风力机叶片设计与有限元分析

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1、小型水平轴风力机叶片设计与有限元分析摘要为了更好地发展我国的风力发电事业，实现风力发电机的国产化，必须通过深入系统的研究，掌握风力机及关键零部件的设计和分析技术。本文根据传统的叶片设计方法设计了400W小型水平轴风力机叶片，生成了三维几何模型。然后采用有限元方法对叶片进行了振动模态分析，得到各阶振动频率和振型，为防止结构共振提供了依据。针对小型风力机叶片强度分析的特点，提出了一种梁单元与实体单元相结合的高效率的有限元建模方法，并将分析结果与文献中的试验结果相对比，验证了该建模方法的有效性。最后，用该方法分析了自行设计的应用于风光互补路

2、灯的小型风力机叶片在额定风速下的受力与变形，验证了叶片的安全性。关键词：风力机，叶片，梁单元，有限元模拟IDESIGNANDFEANALYSISOFTHEBLADEFORSMALLHORIZONTALAXISWINDTURBINEABSTRACTInordertopromotethecapabilityofdesignandmanufacturingofwindturbineinChina,morestudyshouldbedoneinthefieldofwindturbinedesignandanalysis.Inthispaper

3、,abladefor400WSmallHorizontalAxisWindTurbineisdesignedaccordingtothetraditionaldesignprocedureandthe3Dgeometricalmodelisalsocreated.ThenthemodalanalysisisdonethroughtheFEsimulationtogetthefrequencyandmodeshape,whichprovidesthetheoreticbasistopreventresonance.Inaddition,

4、Aimingatthestructuralanalysisofbladeforsmallwindturbine,thispaperpresentsaFEmodelingmethodwiththecombinationofbeamelementandsolidelement.ThencomparisonoftheresultsbetweenFEanalysisandcorrespondingexperimentismadetoconfirmthemodelingvalidity.Finallythebladedesignedforthe

5、smallwindturbine,whichisappliedtohybridwind/PVsystems,isanalyzedintermsofitsstressanddeformationandtovalidateitsworkingsecurityKEYWORDS:windturbine,blade,beamelement,FEsimulation,optimizationII上海交通大学学位论文原创性声明本人郑重声明：所呈交的学位论文，是本人在导师的指导下，独立进行研究工作所取得的成果。除文中已经注明引用的内容外，本论文不包含

6、任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果。对本文的研究做出重要贡献的个人和集体，均已在文中以明确方式标明。本人完全意识到本声明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：宗楠楠日期：年月日上海交通大学学位论文版权使用授权书本学位论文作者完全了解学校有关保留、使用学位论文的规定，同意学校保留并向国家有关部门或机构送交论文的复印件和电子版，允许论文被查阅和借阅。本人授权上海交通大学可以将本学位论文的全部或部分内容编入有关数据库进行检索，可以采用影印、缩印或扫描等复制手段保存和汇编本学位论文。保密□，在年解密后适用本授权书。本学位论文属于不

7、保密□。（请在以上方框内打“√”）学位论文作者签名：宗楠楠指导教师签名：董湘怀日期：年月日日期：年月日上海交通大学硕士学位论文第一章绪论第一章绪论1.1本文课题研究背景能源是现代社会和经济发展的基础。远期，能源工业面临矿物资源枯竭的问题；近期，能源工业面临全球环境污染压力。因此，改善能源结构，利用可再生能源，减轻环境污染，提高人民生活质量，已经成了全球能源工业关注的一个热点。风能是太阳能的一种转化形式，是一种不产生任何污染物排放的可再生自然能源。自20世纪90年代初以来，现代风能最主要的利用形式——风力发电的发展十分迅速，世界风力机装

8、机容量的年平均增长率已经超过了30%，从1993年的216万千瓦上升[1]到了2003年的4030万千瓦。全球风能资源极为丰富，而且分布在几乎所有的地区和国家。技术上可以利用6的资源总量估计约53000TW·h/a（53