风力发电机组复合材料机舱罩结构分析研究

摘要

机舱罩是风电机组中保护内部零件的大型壳体结构，它承受的载荷复杂多变，需要有较高的强度和承载能力；工作环境恶劣，需要较强的耐腐蚀性；安装在塔筒顶部，需要减轻自身重量，所以机舱罩由复合材料制成。
　　复合材料的力学特性不同于传统金属材料，不同的铺层方法对机舱罩的结构强度有很大的影响。因此，对复合材料机舱罩进行结构分析研究具有重要的工程应用价值。
　　论文对复合材料机舱罩进行铺层方法研究、强度分析、失效分析以及模态分析，具体研究内容如下：
　　①机舱罩载荷设计计算。计算载荷要综合考虑机舱罩各个区域的体型系数，才能准确计算出不同区域的风载荷。同时还要考虑静载荷、活动载荷和冰雪载荷的不同组合，设计出的工况才更符合实际情况。
　　②机舱罩铺层方法研究。提出了特殊结构的铺层方法：有孔的结构要先铺出机舱罩的整体框架，然后在需要打孔的地方将多余的材料切除；双曲率或者多曲率结构要切分成若干个部分进行单独铺层，并适当调整铺层起始点，以使剪应力达到规范要求。并对复合材料铺层比例和铺层顺序进行研究。
　　③机舱罩静强度分析。根据机舱罩的结构特点和受载情况，建立有限元模型，研究边界约束和载荷施加方法，对其进行静强度分析，得到各工况下的最大应力和应变。表明复合材料机舱罩的强度完全满足使用要求。
　　④机舱罩失效分析。通过算例比较分析，选择Tsai-Wu准则作为机舱罩的失效分析准则，对机舱罩层合板的强度进行了评估，结果表明机舱罩不会发生失效破坏，而且安全裕度较大，可以进行优化。
　　⑤机舱罩模态分析。以机舱罩静强度分析的有限元模型为基础，计算机舱罩的固有频率，并与风机叶片、冷凝器和风扇的固有频率作分析比较，结果表明机舱罩不会发生共振，动力学性能良好。

目录

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目录

1 绪 论

1.1 课题研究背景

1.2 复合材料在风电机组中的应用现状及前景

1.3 课题研究的内容和意义

2 复合材料力学理论

2.1 复合材料的基本介绍

2.2 复合材料的力学特性

2.3 本章小结

3 复合材料机舱罩的铺层方法研究

3.1 复合材料分析软件介绍

3.2 MD Patran软件中的铺层方法

3.3 特殊结构复合材料铺层方法研究

3.4 复合材料铺层比例和铺层顺序研究

3.5 本章小结

4 复合材料机舱罩强度分析

4.1 有限元方法及软件的介绍

4.2 机舱罩几何模型及有限元分析模型

4.3 机舱罩载荷分析计算

4.4 边界约束与工况设置

4.5 结果分析

4.6 本章小结

5 复合材料机舱罩失效分析

5.1 各向异性材料的强度准则

5.2 失效分析算例

5.3 机舱罩失效分析有限元模型

5.4 失效分析及结果

5.5 本章小结

6 复合材料机舱罩模态分析

6.1 振动分析理论

6.2 机舱罩模态分析有限元模型

6.3 机舱罩模态分析结果

6.4 本章小结

7 结论与展望

7.1 结论

7.2 展望

致谢

参考文献

附录

A. 攻读硕士学位期间所发表的论文

B. 攻读硕士学位期间参与的课题研究