风力机叶片风蚀磨损仿真分析与试验研究

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1、分类号:学校代码:10128UDC:学号:20151800026硕士学位论文学生类别：全日制专业型硕士研究生学位类别：工程硕士领域名称：机械工程论文题目：风力机叶片风蚀磨损仿真分析与试验研究英文题目：Simulationandanalysisofwinderosionwearofwindturbinebladesandexperimentalresearch学生姓名：田文良校内导师：岑海堂教授校外导师：杨彬高级工程师二○一八年六月内蒙古工业大学硕士学位论文摘要在风沙环境中，风力机叶片在风沙冲蚀下，极易产生风沙冲蚀失效，导致叶片表面发生磨损。涂层对于风机叶片意义重大。研究风力机叶片涂层在

2、风沙环境下的冲蚀磨损规律对于风力机叶片涂层制作工艺、涂层材料研发以及风力机运行过程中叶片维护具有一定的借鉴意义。本文主要是基于接触力学的理论基础之上，建立了沙粒冲击叶片涂层的弹性半空间物理模型，运用ANSYS显示动力学模块分别模拟仿真了不同冲击速度、不同冲击角度及不同粒径的沙粒冲击叶片涂层过程中，涂层内部最大正应力及最大剪应力的分布情况。对于不同粒径的沙粒冲涂层时，做出了涂层应力随冲击速度及冲击角度变化时的变化趋势图，同时研究了沙粒冲击涂层后涂层表面的损伤情况。最后基于FLUENT仿真软件运用正交实验法探究了影响叶片表面冲蚀率影响因素的主从顺序，并通过正交回归试验法得到了涂层表面相对冲

3、蚀率与不同影响因素之间的二次回归方程。结果表明：1、在沙粒粒径较小时，涂层内部正向应力随着沙粒冲击速度与冲击角度的增加而不断增加；但在沙粒粒径增大到一定程度之后涂层内部正应力出现震荡，随着冲击角度的增加出现先增大后减小再增大的趋势。2、对于涂层内部剪应力及涂层与基体接触面上的剪应力来说，剪应力的大小在相同粒径之下均是随着冲击角度与冲击速度的增加而呈现出上升的趋势。3、由涂层表面屈服应力可知，在粒子粒径较小时，涂层表面等效应力均未达到涂层材料屈服强度，涂层材料发生弹性变形；在粒子粒径较大时，涂层表面等效应力超过材料屈服强度，材料发生塑性屈服。4、在沙粒相同粒径相同速度下，涂层表面等效应力

4、呈现先增大后减小的趋势，其与叶片涂层采用聚氨酯塑性材料相符。5、由正交试验结果可知，影响涂层表面冲蚀率的影响因素中粒子冲击速度影响最大，粒子粒径次之，冲击角度影响最小。由冲蚀率与影响因素的二次回归方程可知，在试验范围内，粒子速度越大，粒径越大，冲击角度越小时，涂层表面相对冲蚀率越大关键词：风力机叶片涂层接触力学弹性半空间显示动力学正交试验设计I内蒙古工业大学硕士学位论文AbstractInwindsandenvironment,erosionfailureofwindturbinebladesisveryeasywhichcausesthewearofthebladesurface.T

5、heCoatingisofgreatsignificanceforwindturbineblades.Thereisacertainreferenceforthemakingprocessofbladecoatingofwindturbine,theinventionofcoatingmaterialsandtheblademaintenanceduringtheoperationofwindturbinetostudytheerosionwearlawofwindturbinebladecoatingunderwindsandenvironment.Theelastichalfspa

6、cephysicalmodelisestablishedinthispaperbasedonthetheoryofcontactmechanics.Thedistributionofmaximumnormalstressandmaximumshearstressinsidethecoatingissimulatedintheprocessofsandwithdifferentimpactvelocity,differentimpactanglesanddifferentparticlesizesimpactingbladecoatinginANSYS.Thechangetrendofc

7、oatingstresswithimpactvelocityandimpactangleandthedamageofcoatingsurfaceaftersandimpactcoatingisalsostudied.TheorthogonaltestwasdesignedbasedonFLUENTsoftwareinordertoexplorethemainandsubordinatesequenceaffectingtheerosiverat