风机叶片维修平台的力学性能分析与优化设计

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1、分类号：学校代码：10153UDC：密级：公开硕士学位论文风机叶片维修平台的力学性能分析与优化设计作者姓名：宋恩伟入学年份：2013年9月指导教师：张珂教授学科专业：机械制造及其自动化申请学位：工学硕士所在单位：机械工程学院论文提交日期：2015年11月论文答辩日期：2015年12月学位授予日期：2016年1月答辩委员会主席：赵凯军答辩委员会组成：赵凯军孙红张丽秀赵德宏闵莉论文评阅人：硕士研究生学位论文摘要I摘要传统能源日渐枯竭，煤炭、石油、天然气等一次性不可再生能源的大量消耗而导致的全球气候恶化，早已经引起了各国的重视。科学的

2、进步和可持续发展观念的树立，使得包括太阳能、生物质能、地热能等众多的新能源正逐渐受到深入的研究和开发利用。自1973年世界石油危机以来，风能作为新能源的重要部分有了长足的发展，作为解决生产和生活能源的一种可靠途径，有着十分重要的意义。风电产业近几年呈井喷式发展，随着装机量的不断扩大，随之而来的维护维修设备需求量也逐年增加，风机叶片作为风机裸露在恶劣环境下的易损件，需要定期进行维护保养，但是国内对于风机叶片的维护还局限于蜘蛛人、大型设备进场等方法，无论从经济性还是安全性都是不理想的。在未来十年内，这种现象的表现会更为突出。因此针对

3、风机叶片维修而研发国内自主知识产权的设备有着迫切的现实意义。本文以相关的维修起重设备为基础，以数字化设计为方法，设计研究专门用于风机叶片日常维护检修的新型风机叶片维修平台。所做研究如下：首先，根据风机叶片的工作特点和结构特征，初步确定了风机叶片维修平台的基本结构形式，确定了风机叶片维修平台的设计参数，选取了主要的零部件，确定了整体的方案。运用Solidworks软件建立了维修平台的三维模型，经简化后导入ANSYSWorkbench中建立了有限元模型。根据国家标准的规定，选取三种典型工况针对维修平台承载部分进行静力学分析，此分析验

4、证了强度和刚度是否满足设计要求。其次，以静力学分析结果为基础，基于概念设计思想，运用拓扑优化技术对维修平台进行了优化，进而对维修平台进行了结构的改进，使平台的重量大幅减轻，结构更为合理。为了分析平台的动态特性，通过对优化改进后的维修台进行前六阶模态进行提取，并对外界激振频率的对比分析，避免了结构发生共振的可能。为了避免维修平台在工作过程中所受到的冲击载荷对结构的影响，对维修平台进行了冲击载荷下的瞬态动力学分析，验证了所设计的平台结构的合理性。最后，为了进一步确定所设计的维修平台能够适应风机结构特点并能够稳定工作，对维修平台进行了

5、适应性研究，分析维修平台在工作中对塔筒变形量的影响，进一步验证了所设计的维修平台的合理性。本文完成了风机叶片维修平台的结构设计、力学性能分析、优化等工作，并进一步研究了所设计的维修平台对风机的适应性问题，对推动风机叶片维修设备的理论研究与实际应用起到了一定的作用。关键词：风力发电机；维修平台；有限元；拓扑优化；力学分析II摘要硕士研究生学位论文硕士研究生学位论文AbstractIIIAbstractWiththeexhaustionofthetraditionalenergysuchascoal,oilandgas,thedet

6、eriorationoftheglobalclimatecausedbytheconsumptionofnon-renewableenergyhasattractedtheattentionfromalltheworld.Duetotheprogressofscienceandthesustainabledevelopmentstrategy,thenewenergiesincludingsolarenergy,biomassenergy,geothermalenergy,andotherenergiesaredeveloped

7、andappliedgradually.Sincetheworldoilcrisisin1973,windenergyasanimportantpartofthenewenergyhasshowntremendousgrowth.Asareliablewaytosolvetheenergyforproductionandlife,windenergyisofgreatsignificance.Inrecentyears,thewindpowerindustryhasbeengrowingexplosively.Withtheex

8、pansionoftheinstalledcapacity,themaintenancedemandingoftheequipmentsisalsoincreasingyearbyyear.Asaneasilydestroyedpart,inharshenvir