小型风力发电机叶片模态特性及数值仿真分析

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1、小型风力发电机叶片模态特性及数值仿真分析TheModalCharacteristicsandNumericalSimulationAnalysisofSmallWindTurbineBlade江苏大学2013年12月独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。除文中己注明引用的内容以外，本论文不包含任何其他个人或集体已经发表或撰写过的作品成果，也不包含为获得江苏大学或其他教育机构的学位或证书而使用过的材料。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

2、明的法律结果由本人承担。学位论文作者签名：像徉够7At；年J媚f6日学位论文版权使用授权书江苏大学、中国科学技术信息研究所、国家图书馆、中国学术期刊(光盘版)电子杂志社有权保留本人所送交学位论文的复印件和电子文档，可以采用影印、缩印或其他复制手段保存论文。本人电子文档的内容和纸质论文的内容相一致，允许论文被查阅和借阅，同时授权中国科学技术信息研究所将本论文编入《中国学位论文全文数据库》并向社会提供查询，授权中国学术期刊(光盘版)电子杂志社将本论文编入《中国优秀博硕士学位论文全文数据库》并向社会提供查询。论文的公布(包括刊登)授权江苏大学

3、研究生处办理。本学位论文属于不保密口。学位论文作者签名：俅私弘f弓年／2，月lb日指剥撇：如／／毛豢指导教师签名：汐叶7W，Q＼莎pf；年，文月形日江苏大学硕士学位论文摘要随着化石燃料的枯竭和气候变暖，能源问题已成为人们特别关注的焦点之一。为减轻能源问题，人们需要寻找一种清洁能源来代替化石燃料能源。风能是一种可再生的能源，利用风能的主要方式是风力机发电。作为风力发电机关键部件的叶片，它的可靠性关系到整个风力机的运转情况。叶片在旋转过程中，受到多种载荷，包括重力、惯性力和气动力等。多种载荷的作用，使水平轴风力机叶片可能产生振动甚至破坏。因

4、此，对叶片的振动特性和数值仿真分析变得越来越重要。由于动力学计算的复杂性，可采用有限元软件对叶片分析计算。本文的主要研究结果如下：1．根据相关的风力机理论，采用一种简化的计算方法对800W水平轴风力机叶片进行参数计算，得到截面处的弦长和安装角，最后得到叶素匕昏点的空间实际坐标，采用Pro／E软件对叶片进行三维建模。2．考虑应力刚化和旋转软化对叶片固有频率进行分析。计算结果表明，应力刚化对其固有频率的影响要比旋转软化大。综合两者的影响，叶片的固有频率更接近于仅考虑应力刚化时的频率。3．通过ANSYSWorkbench对叶片进行流固耦合分析

5、，得到不同攻角下叶片截面处的速度云图，分析叶片是否有失速现象发生。通过位移响应得到的频谱图显示叶片的振动频率和固有频率接近。根据叶片迎风面和背风面的应力云图，可知最大应力值出现在叶片中部，靠近前缘处。关键词：水平轴风力机；叶片；模态分析；应力刚化；旋转软化；流固耦合小型风力发电机叶片模态特性及数值仿真分析Withthedepletionoffossilfuelsandglobalwarming，theenergyproblembecomeoneofthefocusconcernedproblems．Peopleneedtoseekacl

6、eanenergysourcetoreplacefossil-fuelenergyinordertoreducetheenergyproblem。Windenergyisarenewableenergyandthemainwaytotheutilizationofwindenergyiswindturbinepowergeneration．Theoperationofthewindturbineisaffectedbytheblades，whicharethekeycomponentsofwindturbine．Thehorizonta

7、laxiswindturbine(HAWT)bladewillgeneratevibrationanddestructionundertheinteractionofgravity,inertialforceandaerodynamicforce．Therefore，theresearchonthevibrationcharacteristicsandnumericalsimulationofthebladebecomemoreandmoreimportant．Thedynamicalanalysisofthebladeiscalcul

8、atedbythefiniteelementanalysissoftwarebecauseofthecomplexityofaerodynamic．Thispapercontainsthefollowing