风力发电机组轮毂和塔架的载荷分析研究

摘要

根据动量—叶素理论对1.5MW风力发电机组的叶片进行了气动外形设计，计算得到1.5MW风力发电机组的叶片直径、得到了各截面的弦长、入流角、轴向诱导和周向诱导因子、升力和阻力等气动参数；计算得到1.5MW风力发电机组在额定风速、切出风速和极端风速工况下的载荷，作为轮毂和塔架的载荷计算的载荷值。运用有限单元法和有限元分析软件对1.5MW风力发电机组的轮毂和塔架进行载荷分析。 对1.5MW风力发电机组的轮毂进行了三维建模并在ANSYS中进行了静力学分析分析，分析得到了轮毂的受力状况和危险截面，为轮毂的设计和改进提供了依据。 对1.5MW风力发电机组的塔架分析时，分别建立了三种不同形式的塔架模型，利用ANSYS软件进行了详细的静载荷分析，比较了三种不同塔架的最大应力、位移、应力分布上的不同，同时对塔架进行了模态分析，得到了塔架的振型和固有频率，并进行了分析比较。最后利用有限元分析软件的优化设计模块对塔架的壁厚进行了优化，并验证了优化结果的正确性，从而达到了减轻重量、降低成本的目的。

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1 引言

1.1 国外风电技术的发展

1.2 国内风电技术的发展

1.3存在的问题

1.4 本课题的意义和研究内容

2有限单元法

2.1 有限单元法和ANSYS软件

2.2有限单元法的分析流程

3风力发电机组的设计和气动载荷计算

3.1 风力发电机组的结构

3.2风力发电机组叶片设计的理论基础

3.2.1 动量-叶素理论

3.2.2 风力发电机组叶片受力分析

3.3 1.5MW风力发电机组叶片的设计计算

3.3.1 叶轮设计的初始参数

3.3.2 叶轮直径的确定

3.3.3 尖速比

3.3.4翼型的选择

3.3.5 叶片各剖面弦长的确定和气动力计算

4风力发电机组轮毂的有限元分析

4.1 风力发电机组轮毂

4.2轮毂的有限元分析过程

4.3 1.5MW风力发电机组轮毂的模型建立

4.4轮毂的静力学分析

4.5 结论

5 风力发电机组塔架的有限元分析

5.1 风力发电机组塔架

5.2风力发电机组塔架设计

5.3风力发电机组塔架所受载荷

5.4 1.5MW塔架模型的建立

5.5塔架的静力学分析

5.5.1 塔架的静力学分析计算结果

5.5.2分析结果讨论

5.6塔架的模态分析

5.7塔架的优化设计

5.7.1优化设计概述

5.7.2 ANSYS优化设计基础

5.7.3优化设计实例

6结论和讨论

6.1 结论

6.2 讨论

致 谢

参考文献

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