基于ANSYS的1.5MW水平轴风力机轮毂壁厚的优化与强度分析-论文.pdf

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1、第33卷第5期西华大学学报(自然科学版)2014年9月Vo1．33，No．5JournalofXihuaUniversity·NaturalScienceSep．2014·能源与环境·基于ANSYS的1．5MW水平轴风力机轮毂壁厚的优化与强度分析卢磊，张礼达，徐志坚(1．西华大学能源与环境学院，四川成都610039；2．国电大渡河流域水电开发有限公司，四川成都610041)摘要：为减少轮毂质量，改善轮毂应力状况，以1．5MW水平轴直驱定浆风力机轮毂为研究对象，通过极限载荷分析、工程实体建模、有限元网格划分以及静力学强度分析，得出原轮毂的最大应力值，并以整体减小壁厚的

2、方法对轮毂进行优化设计，用ANSYS软件对不同壁厚减小值下的轮毂做强度分析比较，得到轮毂壁厚减小6mm时相对最优，使轮毂质量及极限最大应力显著减小，节省了轮毂材料，达到了预期目标。关键词：风力机；轮毂；强度；有限元；壁厚；优化中图分类号：TK83文献标志码：A文章编号：1673—159X(2014)05—00109—04doi：10．3969／j．issn．1673—159X．2014．05．024WallThicknessOptimizationandStrengthAnalysisforHubof1．5MWHorizontalAxisWindTurbinesba

3、sedonANSYSLULei，ZHANGLi—da，XUZhi．jian(1．CollegeofEnergyandEnvironment，XihuaUniversity，Chengdu610039China；2．GuodianDaduRiverHydropowerDevelo~'meritCo．，Ltd．，Chengdu610041China)Abstract：Inordertoreducethequalityofthehubandimprovethehubstressconditions，thisarticleresearches1．5MWhorizon—tal

4、axisdirect—drivewindturbinehub．Throughlimitloadanalysis，solidmodeling，meshgenerationandstaticstrengthanalysis，themaximumstressvalueoftheoriginalhubisobtained．Thenforoptimizingthedesignofthehubbyreducingthewallthickness，ANSYSsoftwareisusedtoconductstrengthanalysisandcomparisonforthediff

5、erentreducingvalueofwallthickness，arelativeoptimalvalueofreducingthewallthicknessisattained，themassandthelimitedmaximumstressofthehubaresignificantlyreducedwithmaterialsavedanddesiredobjectivesachieved．Keywords：windturbine；hub；strength；finiteelement；wallthickness；optimization轮毂是风力机的重要部

6、件，连接着叶片和主便，造成了材料的浪费，增加了风力发电机的制造轴，其重要性随着风力发电机组容量的增加而愈来成本。愈明显。现有的风力机大都采用球形轮毂，轮毂主目前，许多研究者在减小轮毂重量与轮毂优化要承受对称风轮推力载荷、单叶片推力载荷和叶片设计方面做了一些研究工作。文献[1]采用相似原重力力矩。因承受着复杂的交变载荷，且强度要求理和拓扑优化的方法，借助有限元软件Altair提供较高，现有轮毂常被设计得巨大而笨重，其在实际的0ptiStruct模块，开发出质量较轻的新型轮毂模运行中的最大应力远远小于轮毂铸件材料的许用型；也有以多参数、轮毂壁厚分段优化的方法进行应力，增

7、加了轮毂本身的转动惯量，对机舱及塔架轮毂减重设计_2；文献[4]更是提出一种在轮毂的强度要求都有所增加，为运输和安装带来很多不主体上钻孔的方法来减轻风力机轮毂的质量。收稿日期：2014—04—17基金项目：西华大学研究生创新基金资助(ycjj2014174)。通信作者：张礼达(1954一)，男，教授，主要研究方向为水力机械、风能。E—mail：zlida@126．COITIl10西华大学学报·自然科学版表l部分主要的风轮结构参数1轮毂载荷建立风力机叶片模型，取安全系数为1．2E2]，计算叶根处极限载荷。表2为轮毂静态载荷检验所采用的极限载荷加载数据，载荷按图1叶