试议耦合兆瓦级风力发电复合材料叶片强度特性及疲劳寿命

论文导读：损，对其进行疲劳寿命预测显得尤为重要。本探讨课题中，从叶素动量论述、叶尖损失模型、轮毂损失模型和尾流模型为基础，从瑞典FFA-W3翼型族作为基本的外部翼型，应用FAST软件对叶片基本参数进行了计算，对符合材料叶片各个结构的铺层案例进行了探讨，并对复合材料叶片的结构特性进行了分析。然后，探讨了复合材料叶片有限元分析模型
摘要：随着世界能源危机不足和环境不足越来越受到全球的关注,新能源已经成为探讨的热点不足。风能作为清洁能源其进展和前景不可小视，随着风力发电行业的进展，风机组的额定功率越来越大，这使得风机叶片也向着高速、重载及轻量化急速进展。对叶片要求的不断升高使得复合材料叶片的长度越来越大，工作的基本参数的要求也越来越高。怎样通过对叶片的结构和复合材料进行优化已经成为探讨的主要方向。同时，叶片破坏的主要形式是疲劳破损，对其进行疲劳寿命预测显得尤为重要。本探讨课题中，从叶素动量论述、叶尖损失模型、轮毂损失模型和尾流模型为基础，从瑞典FFA-W3翼型族作为基本的外部翼型，应用FAST软件对叶片基本参数进行了计算，对符合材料叶片各个结构的铺层案例进行了探讨，并对复合材料叶片的结构特性进行了分析。然后，探讨了复合材料叶片有限元分析模型的建模办法，应用前面计算得到的叶片参数，建立了复合材料叶片的数值模拟模型并进行有限元分析。并在ANSYS workbench平台中建立了风力机三叶片流固耦合分析场，研究了叶片在仿真风场中非均布载荷下的动态特性。最后从叶片材料的S-N疲劳性能曲线，运用Palmgren-miner线性累积损伤准则为基础，应用随机有限元和可靠性分析相结合的办法对叶片的失效机理及疲劳特性进行分析。关键词：复合材料叶片论文FAST论度特性论文流固耦合论文疲劳寿命论文
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Abstract4-7
第1章 绪论7-15

1.1 引言7

1.2 国内外进展近况7-13

1.3 课题来源及探讨内容13-14

1.3.1 课题来源13

1.3.2 探讨内容及办法13-14

1.4 论文技术路线14-15

第2章 复合材料叶片模型与结构特性15-32

2.1 引言15

2.2 叶片气动力学论述15-19

2.1 叶素动量论述15-17

2.2 叶尖损失模型17-18

2.3 轮毂损失模型18

2.4 尾流模型18-19

2.5 动态失速模型19

2.3 叶片基本参数19-24

2.3.1 风机制约案例配置20-21

2.3.2 多目标遗传算法21-22

2.3.3 参数计算22-24

2.4 复合材料叶片的结构特性分析与探讨24-30

2.4.1 叶片截面的坐标轴系25-26

2.4.2 叶片的外部翼型26-28

2.4.3 叶片的内部结构28-30

2.5 复合材料叶片结构特性分析30-31

2.6 本章小节31-32

第3章 复合材料叶片强度特性分析32-45

3.1 引言32

3.2 复合材料叶片数字分析模型建立办法32-39

3.

2.1 叶片结构模型32-34

3.

2.2 叶片材料铺层和参数34-38

3.

2.3 网格划分38-39

3.3 叶片有限元分析39-43

3.1 Tsau-Wu 强度失效准则39-41

3.2 强度分析41-42

3.3 模态分析42-43

3.4 本章小结43-45

第4章 三叶片流固耦合分析45-56

4.1 引言45

4.2 流固耦合分析基本原理45-49

4.

2.1 流体制约方程46

4.

2.2 固体制约方程46-48

4.

2.3 耦合体系的边界条件48-49

4.

2.4 耦合面的数据传递49

4.3 三叶片流固耦合分析49-54
4.

3.1 流固耦合场49-51

4.

3.2 流固耦合三维数值模拟分析51-54

4.4 载荷比较54

4.5 本章小结54-56

第5章 风力发电机叶片的疲劳寿命分析56-65

5.1 引言56

5.2 线性疲劳损伤论述56-58

5.3 疲劳性能曲线的确定58-60

5.

3.1 S-N 曲线58-59

5.

3.2 条件疲劳极限59-60

5.4 疲劳寿命分析与预测60-64
5.

4.1 ANSYS 疲劳寿命分析60-63

5.

4.2 疲劳寿命预测63-64

5.5 本章小结64-65
第6章 总结与展望65-67

6.1 全文总结65-66

6.2 展望66-67

参考文献67-70
在校期间发表论文清单70-71
致谢71