基于Abaqus的大型风力机叶片有限元分析.pdf

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1、机械设计与制造第5期14MachineryDesign&Manufacture2012年5月文章编号：1001-3997(2012)05-0014-02基于Abaqus的大型风力机叶片有限元分析米程杰袁祖强陆金桂(南京工业大学机械与动力工程学院，南京210009)FiniteelementanalysisofIargewindturbinebladebasedonabaqusCHENGJie，YUANZu—qiang，LUJin—gui(TheMechanicalEngineeringofNanjingUniversityofTechnology，Nanjing210

2、009，China)；【摘要】研究了大型风力机叶片有限元模型建立的方法及对叶片进行了静力学和动力学分析。}首先将由Pr0／E绘制好的叶片实体模型导入Abaqus中，利用Abaqus对叶片进行划分网格、定义材料属l性以及确定边界条件及施加载荷，完成叶片有限元模型的建立；然后对叶片进行模态分析、抵抗5O年》一遇暴风及额定工作状态下的静力学分析，得出叶片的前十阶频率、振型和各工况下的最大应力及其；所在位置。通过分析表明叶片的静力学和动力学性能均符合设计要求，可以对叶片进行后续的研究。；关键词：风力机叶片；Abaqus；有限元分析；模态分析；静力学分析}【Abstract】T

3、hefiniteelementmodelingmethodandstaticsanddynamicsanalysisforlargewindtur-}binebladearediscussed．FirstthesolidmodelingofbladewasimportedfromthePro／EintotheAbaqusto}meshtheblade，deftethematerialproperties傩welldermnetheboundaryconditi。nandloadandCOm—lpletethefiniteelementmodeLSecondthemod

4、alanalysisandthestaticanalysisofthebladeinre．sistanceto}50yearsoncestormandinratedoperationwereaccomplished，andthe￡tenfrequency，modeofvibrationlaswell砸themaxim“m5tresandits5iteofthebladecouldbe0btainees“ltsshothatthestaticand；dynamicperformanceofthebladeconformstothedesignrequirementsSO

5、thatfurtherresearchcouldgo0Keywords：Windturbineblade；Abaqus；FEA；Modalanalysis；Staticanalysis中图分类号：TH16，TK8文献标识码：A的网格划分工具进行网格的划分，最后对模型施加相应的边界条1引言件及载荷进行求解。国外很多学者都进行过针对叶片的分析研究，但研究方法2．1叶片实体模型和目的各不相同。有些学者主要从理论上对叶片的动态特性进行考虑到叶片的曲面复杂，难以在Abaqus中实现精确建模，计算和分析，从而得出叶片的振动方程；另外一些学者就叶片的因此为了提高建模精度，将由Pro

6、／E软件绘制好的叶片模型导入几种简化模型进行讨论，并提出自己认为比较合适的模型；有些有限元软件Abaqus中。则是以优化为目的对叶片的振动特性进行有限元分析；另外一些叶片模型主要参数为：额定风速11m／s，叶片长37．3m，转速人则结合实验对叶片的某些部位进行了强度分析，这些分析都没范围(9—17．3)r／rain。有对叶片有限元模型的建立、分析等给予详细介绍口1。2．2网格的划分有限元模型的建立是对风力机叶片进行力学分析的基础，网格的划分是数值模拟过程中最为耗时的部分，且网格的其有限元模型的精度至关重要，有限元模型在叶片设计初期对方质量很大程度上决定着数值模拟结果精

7、确程度甚至数值模拟是案的选择起到参考作用。否收敛。网格划分过程中，应避免求解区域中出现极度变形的网叶片的静力学分析是从整体上分析叶片结构应力和应变分格、小角度及硬点，以保证求解的收敛及计算精度。布规律，系统分析叶片结构的受力特点，校核叶片的强度，并为铺层设计提供参考F21。风力机的叶片作为一种弹性结构，且工作时作周期性旋转，作用在其上的载荷具有交变性和随机性。为了防止叶片发生共振疲劳破坏，有必要对叶片进行振动特性分析。将以有限元软件Abaqus为基础，对大型风力机叶片有限元模型的建立、分析进行深入研究和探讨。图1叶片的网格模型2叶片有限元模型的建立利