毕业设计风力发电机叶片结构设计及其有限元分析

合集下载

风力发电机组的结构分析与优化设计

风力发电机组的结构分析与优化设计一、引言随着国家环保意识的日益增强，新能源的发展越来越受到重视，风力发电作为新能源的重要组成部分，正在得到越来越广泛的应用。

而风力发电机组是其中最主要的发电设备之一。

本文将对风力发电机组的结构进行分析，并提出优化设计方案，以提高其性能和效率。

二、风力发电机组结构分析1.结构组成风力发电机组主要由发电机、叶片、塔架、控制系统等组件组成。

其中，发电机是整个发电系统的核心部件，其通过转速控制器控制转速，转动叶片，通过转子的旋转运动，将风能转化为电能，输出给电网。

叶片的设计直接影响发电机的性能，采用科学合理的设计方案，能使叶片的捕风面积最大，提高了风能的利用率。

塔架的作用是支撑发电机组，防止其在强风天气中倾覆或损坏。

控制系统包括风速传感器、转速传感器、温度传感器等多个传感器，可以实时监测风力、转速等数据，为发电机组的运行提供保障。

2.结构优化在风力发电机组的结构设计中，需要考虑发电机组的安全性、性能和可靠性。

对于叶片来说，需要通过科学的气动分析，确定叶片的形状、数量、长度等参数，以提高叶片在风场中的捕风面积，进而提高风能利用率。

对于塔架来说，需要考虑塔架的高度和直径，以保证塔架的稳定性和抗风能力。

此外，还需要考虑发电机组的重量和启停控制系统的设置等因素。

另外，在风力发电机组的设计过程中，还需要考虑发电机组的整体布局，使得发电机的维护更加简便方便，相关部件的更换更加方便，进而提高整个系统的可靠性和耐久性。

三、优化设计方案1.叶片设计优化在叶片的设计中，需要选择恰当的材料，并进行空气动力学仿真分析，确定叶片的最佳形状、数量、长度等参数，以提高叶片的捕风面积，减小风阻力，提高风能利用效率。

同时，还可以通过调整叶片的角度和形状，最大限度地降低发电机组的噪音。

2.塔架设计优化在塔架的设计中，需要选择强度高、抗风能力强的材料，以提高塔架的耐久性和稳定性，从而确保发电机组的安全性。

同时，还需要考虑塔架的高度和直径，以提高发电机组的接收风能能力。

水平轴风力机叶片的结构设计与有限元分析

水平轴风力发电机是将风能转换成电能的主要设备，而风力发电机工作效率的关键是依赖于风机叶片设计与生产的质量。叶片质量的好坏又直接影响到整个风力机的运行可靠性和寿命，由于叶片一般为弹性结构，再加上受工作环境影响，作用其上的风载荷具有随机性和突变性，使叶片在运行时不可避免地产生振动。叶片振动是导致叶片损坏的主要因素，所以对叶片的结构动力学特性进行分析成为风力机研究的重要方
水平轴风力ｉＩｉ几叶片的结构设计与有眼元分新术
口刘涛口朱旭口杨成口孙会伟
兰州理工大学机电工程学院兰州７３００５０
摘要：设计了一种１．５ＭＷ水平轴风力机叶片模型，运用ＡＮＳＹＳＷｏｒｋｂｅｎｃｈ对叶片模型添加材料属性、划分网格、施加载荷与约束进行有限元分析。进行了叶片在静止状态和有预应力作用两种工况下的结构模态计算，分析了叶片在被施加极限挥舞栽荷作用下的表面应力分布情况．计算了叶片的最小模态频率和最大应力分布情况
截面翼型为ＮＡＣＡ６３系列，从叶根沿叶片展向方向，

基于有限元分析的低风速风力发电叶片结构优化设计

基于有限元分析的低风速风力发电叶片结构优化设计随着气候变化和对可再生能源的需求增加，风力发电被广泛用于发电领域。

在风力发电机组中，风力发电叶片作为转动装置的核心部分，其结构设计对提高发电效率和延长使用寿命起着至关重要的作用。

本文将基于有限元分析来进行低风速风力发电叶片的结构优化设计，旨在提高其性能并提供可靠的参考。

首先，我们需要明确低风速风力发电叶片面临的挑战。

低风速条件下，叶片受到的风力较小，因此叶片的结构设计需要更加精细，以提高其受力性能。

在这种情况下，我们可以从以下几个方面着手进行优化设计：1. 材料选择：选取适合低风速环境的材料，如具有高强度和耐腐蚀性能的复合材料。

这些材料能够有效抵抗风力带来的压力和震动，同时能够延长叶片的使用寿命。

2. 叶片几何形状设计：通过优化叶片的几何形状，例如叶片的扭转角度、翼型和翼尖设计，可以使其更好地适应低风速环境。

同时，适当调整叶片的长度和弯曲程度，可以提高叶片的受力效果。

3. 内部结构优化：通过有限元分析来模拟叶片的受力情况，可以查明叶片受力的关键部位，并进行相应的结构优化。

例如，在关键受力部位添加合理的加强筋或支撑杆，可以增强叶片的刚性和受力性能。

4. 动态平衡设计：叶片的动态平衡对于提高风力发电机组的运行平稳性和延长叶片使用寿命至关重要。

通过模拟叶片在运行时的振动情况，并调整叶片结构或添加平衡配重，可以实现叶片的动态平衡设计。

在进行上述优化设计时，有限元分析是一个非常有效的工具。

有限元分析通过将复杂的结构划分为有限个小单元，通过数值计算的方法来分析结构的受力状态和变形情况，从而揭示结构设计中的问题和优化方法。

通过有限元分析，我们可以确定叶片的关键受力部位，提出相应的优化方案，并对优化后的叶片进行性能验证。

除了有限元分析，我们还可以借助计算流体力学（CFD）模拟等方法来进一步优化设计。

CFD模拟可以模拟叶片在风场中的流动情况，结合叶片的几何形状和材料性能，优化叶片的气动特性，提高风力发电机组的整体效率。

风力机叶片的有限元分析

风力机叶片的有限元分析学生姓名：卢取专业班级：机械设计制造及其自动化2008级10班指导教师：朱仁胜指导单位：机械与汽车工程学院摘要：通过Solidworks软件对3MW风力机叶片进行建模，然后基于ANSYS 和Workbench分别对其进行模态分析和流固耦合分析，其中流固耦合分析中的结构静力分析部分也使用到了ANSYS Mechanical APDL。

其中模态分析结果表示：叶片的振型以摆振和弯曲为主，其一阶模态频率分别为 0.34Hz，能顺利的避开外在激励频率，避免了共振现象的发生。

流固耦合分析对额定风载进行了数值模拟仿真，通过结构静力分析，对叶片的受力，变形情况有了一个基本的了解，其中叶片在额定风载情况下的最大应力为56MPa，远远低于其实测拉伸强度的720MPa。

在11级风载下的应力云图显示其所受的最大应力为83.8MPa，满足其材料的强度要求。

该分析对进一步的疲劳分析和优化设计等提供了参考和依据。

关键词：叶片建模；模态分析；流固耦合分析；结构静力分析Abstract:Through the Solidworks software build the blade model which power is 3 MW. Then based on the ANSYS and Workbench software,the analysis of modal and fluid-structure interaction.Andthe Static structural analysis is used the ANSYS Mechanical APDL too.The modal analysisresults show that the vibration modes of this blade are presented as Shimmy and bending,Thefirst modes frequency is 0.34Hz.And it can avoid the external excitation frequencywell,Avoid the resonance phenomenon occurs.The analysis of fluid-structure interaction havedo a numerical simulation about Rated wind load,through the Static structural analysis wehave a basic understanding of the stress and deformation about the blade. And the maximumstress of the blade is 56MPa under the rated wind load.Far lower than the Measured tensilestrength of 720MPa.And under the 11 rating wind load.The stress cloud show that maximumstress is 83.8MPa,Meet the strength of the material requirements.This analysis providesa reference and basis for further fatigue analysis and optimization design.Keywords:Blade modeling；Modal analysis；Fluid-structure interaction analysis；Static structural analysis1 概述风能是地球表面大量空气流动所产生的动能，风能量具有取之不尽、用之不竭、就地可取、不需运输、广泛分布、不污染环境、不破坏生态、周而复始、可以再生等诸多优点。

风力发电机叶片结构设计及其有限元分析(精品doc)

风力发电机叶片结构设计及其有限元分析摘要为了更好地发展我国的风力发电事业，实现风力发电机的国产化，必须深入开展风力机设计、分析方面的研究。

本文根据传统的的叶片设计方法设计了2MW 风力机叶片，并生成三维几何模型，然后利用有限元模拟对叶片进行了振动模态分析，得到各阶振动频率和振型，为防止结构共振提供了依据。

关键词：风力机，叶片，有限元模拟，优化THE FE SIMULATION AND OPTIMAL DESIGN OF WIND TURBINE COMPONENTSABSTRACTIn order to promote the capability of design and manufacturing of wind turbine in China, more study should be done in the field of wind turbine design and analysis. In this paper, a blade for 2MW wind turbine is designed according to the traditional design procedure and the 3D geometrical model is created. Then the modal analysis is done through the FE simulation to get the frequency and mode shape, which provides the theoretic basis to prevent resonance.KEY WORDS: wind turbine, blade, FE simulation, optimization第一章绪论1.1 能源问题及可再生能源的现状与发展受世界经济的发展和人口增长的影响，世界一次性能源消费量持续增加，1990年世界国生产总值为26.5 万亿美元(按1995 年不变价格计算)，2000 年达到34.3万亿美元，年均增长2.7%。

智能复合材料风力机叶片设计与有限元分析

文献标识码：Ａ
文章编号：１００１４３８１（２０１３）０５ — ００５７ — ０５
Ａｂｓｔｒａｃｔ：Ｗｉｔｈｔｈｅｉｎｃｒｅａｓｉｎｇｓｉｚｅｏｆｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｂｌａｄｅｓ，ｔｈｅｎｅｅｄｆｏｒｍｏｒｅｓｏｐｈｉｓｔｉｃａｔｅｄ１ｏａｄｃｏｎｔｒｏｌ
ｔｅｃｈｎｉｑｕｅｓｈａｓｉｎｄｕｃｅｄｔｈｅｉｎｔｅｒｅｓｔｆｏｒａｅｒｏｄｙｎａｍｉｃｃｏｎｔｒｏｌｓｙｓｔｅｍｓｗｉｔｈｂｕｉｌｄ — ｉｎｉｎｔｅｌｌｉｇｅｎｃｅｏｎｔｈｅｂｌａｄｅｓ．Ｎｅｗｓｔｒｕｃｔｕｒａｌｃｏｎｃｅｐｔｓｈａｖｅｅｍｅｒｇｅｄｗｈｅｒｅｍｕｌｔｉｆｕｎｃｔｉｏｎａｌｍａｔｅｒｉａｌｓ，ｅｘｈｉｂｉｔｉｎｇａｓｔｒｏｎｇｃｏｕｐｌｉｎｇｂｅｔｗｅｅｎｉｔｓｍｅｃｈａｎｉｃａｌｒｅｓｐｏｎｓｅａｎｄｉｔｓｅｌｅｃｔｒｉｃａｌｂｅｈａｖｉｏｕｒ，ｗｈｉｃｈｗｏｒｋａｓｓｅｎｓｏｒｓａｎｄａｃｔｕ— ａｔｏｒｓ，ａｒｅｅｍｂｅｄｄｅｄｏｒｂｏｎｄｅｄｔｏｃｏｍｐｏｓｉｔｅｂｌａｄｅｓｆｏｒｈｉｇｈ — ｐｅｒｆｏｒｍａｎｃｅｓｔｒｕｃｔｕｒａｌａｐｐｌｉｃａｔｉｏｎｓ．Ａｆｉ — ｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｏｄｅｌｏｆｔｈｅｓｍａｒｔｂｌａｄｅｆｏｒｗｉｎｄｔｕｒｂｉｎｅｓｉｓｐｒｏｖｉｄｅｄ．Ｎｕｍｅｒｉｃａｌａｎａｌｙｓｉｓｉｓｐｅｒｆｏｒｍｅｄｂｙｕｓｉｎｇｆｉｎｉｔｅｅｌｅｍｅｎｔｍｅｔｈｏｄ，ｗｈｉｃｈｉｓｕｓｅｄｔｏｃａｌｃｕｌａｔｅｔｈｅｔｉｍｅｒｅｓｐｏｎｓｅｏｆｔｈｅｍｏｄｅ１．Ｔｈｅｄｉｓ —

风力发电机组叶片的故障分析及维护毕业设计

酒泉职业技术学院毕业设计（论文）10 级风能与动力技术专业题目：风力发电机组叶片的故障分析及维护毕业时间：二O — O年六月__________学生姓名：_______________________指导教师：________________________班级：风能与动力技术（I）班2012年11月20日摘要 (2)...、风机叶片简介.. (2)二、维护叶片的目的 (3)三、叶片产生问题的原因及故障分析 (3)（一）............................. 叶片产生问题的原因类型3（二）................... 风机叶片的常见损坏类型及诊断方法8四、叶片的维护 (13)（...）叶片裂纹维护. (13)（二）................................. 叶片砂眼形成与维护13（三）......................................... 叶尖的维护13总结. (14)参考文献 (14)致谢 (15)风力发电机组叶片的故障分析及维护扌商要：风机叶片是发电机组的动力源泉，是风电机组的关键部件之一，叶片状态的好坏直接影响到整机的性能和发电效率，应该引起风电企业的高度重视。

风机多是安装在环境恶劣、海拔高、气候复杂的地区，而叶片乂恰恰是工作在高空、全天候条件下, 经常受到空气介质、大气射线、沙尘、雷电、暴雨、冰雪的侵袭，其故障率在整机中约占三分之一以上。

定期检查，早期发现，尽快采取措施，把问题解决在萌芽状态是避免事故、减少风险、稳定电场收益的最有效方式。

如果对问题的萌芽和苗头不重视，时间越长，问题积累越多，后果就越严重。

山于叶片的事故多发在盛风期，停机修复必将带来很大的经济损失，如果是叶片彻底失效，不得不更换，造价昂贵的叶片，加上定货、运输、安装、调试……，企业将面临发电损失、高额的叶片费用和维修费用。

叶片的设计寿命应该与主机一样至少工作20年，但是只有对叶片进行定期维护、维修，精心呵护，才能保证叶片与风机的其他部件一样长期稳定的工作，才能为电场安全运行提供有力的保障。

风力发电机组叶片设计原理研究

风力发电机组叶片设计原理研究随着对可再生能源的需求日益增长，风力发电作为一种清洁、可持续的能源形式受到了广泛关注。

在风力发电机组中，叶片是转换风能为机械能的核心部件。

因此，叶片的设计和性能对于风力发电机组的有效运行和高效能量转换具有至关重要的作用。

一、风力发电机组叶片的基本结构风力发电机组主要由塔架、转子、发电机以及叶片等组成。

而叶片是最为关键的部件，其主要作用是通过捕获风的能量并将其转换为机械能。

叶片通常由复合材料制成，具有一定的柔韧性和刚性。

叶片的设计需要综合考虑气动性能、结构强度、材料特性以及成本等因素。

二、叶片的气动性能设计原理1. 叶片的气动外形设计叶片的气动外形设计是指通过外形的优化来提高叶片的气动性能。

一般情况下，叶片的外形呈现出弯曲的特点，这有利于增加叶片的面积，并提高叶片对风的捕获效果。

此外，叶片的前缘和后缘也需要进行适当的设计，以减小阻力和噪音。

2. 叶片的空气动力学设计叶片的空气动力学设计是指通过几何参数和气动参数的优化，使其在风力荷载下保持较好的稳定性和动态特性。

在设计过程中，需考虑叶片的扭转角度、截面形状、厚度分布等参数，以及流场的响应和控制。

三、叶片的结构强度设计原理1. 叶片的结构形式设计叶片的结构形式设计是指通过选择合适的材料和结构形式来满足叶片在风力荷载下的结构强度要求。

常见的叶片结构形式有直桨叶片和弯曲叶片两种。

直桨叶片适用于小型和中型风力发电机组，而弯曲叶片适用于大型风力发电机组。

2. 叶片的材料选择和布局设计叶片的材料选择需要考虑材料的强度、耐疲劳性能以及可加工性等因素。

常用的叶片材料有玻璃纤维增强塑料（GRP）、碳纤维复合材料（CFRP）等。

此外，叶片的布局设计也是叶片结构强度设计的重要内容，通过合理的布局设计可以提高叶片的整体强度和稳定性。

四、叶片设计的优化方法1. 数值模拟方法数值模拟方法是一种常用的叶片设计优化方法，通过建立叶片的数学模型，利用计算流体力学（CFD）方法对叶片的气动性能和结构强度进行分析和优化。

基于有限元分析的风力发电机组结构优化设计

基于有限元分析的风力发电机组结构优化设计1. 引言风力发电作为一种可再生能源的重要形式，已逐渐成为人们关注的焦点。

风力发电机组的结构设计是提高其效能和可靠性的重要方面。

有限元分析作为一种重要的工程分析方法，可以用于优化风力发电机组的结构设计，提高其性能。

本文将基于有限元分析，探讨风力发电机组结构的优化设计方法。

2. 风力发电机组结构分析首先，我们需要对风力发电机组的结构进行详细的分析。

风力发电机组通常由风轮、主轴、发电机和塔构成。

其中，风轮是最关键的部件之一，其承受着风力的作用，并将其转化为机械能。

主轴将机械能传递给发电机，通过发电机将机械能转化为电能。

3. 有限元分析在风力发电机组结构设计中的应用有限元分析是一种基于数值计算的工程分析方法，可以用于优化风力发电机组的结构设计。

通过有限元分析，可以对风力发电机组的结构进行模拟和仿真，得到其受力情况和变形情况，进而进行优化设计。

3.1 风轮受力分析首先，对风轮进行受力分析是风力发电机组结构设计的重要一步。

风轮在运行过程中承受着风力的作用，因此需要对其受力情况进行分析。

通过有限元分析，可以模拟风轮在不同风速下的受力情况，进而确定其最大受力点和受力分布情况。

3.2 主轴及连接部件的优化设计主轴及连接部件在风力发电机组中起着关键的作用。

通过有限元分析，可以对主轴及连接部件进行优化设计。

例如，可以通过仿真和分析，确定主轴的合适材料和截面尺寸，以提高其强度和刚度。

同时，还可以对连接部件进行优化设计，确保其在运行过程中不会出现破裂或松动等问题。

3.3 塔的结构分析与设计塔是支撑风力发电机组的重要组成部分，其结构的合理性直接影响到整个机组的稳定性和安全性。

通过有限元分析，可以对塔的结构进行模拟和分析，确定其在不同载荷下的变形情况和应力分布。

进而，可以对塔的结构进行优化设计，以提高其刚度和稳定性。

4. 结果与讨论通过以上的有限元分析和优化设计，我们可以得到风力发电机组结构的优化设计结果。

基于有限元分析的风力发电机组结构优化研究

基于有限元分析的风力发电机组结构优化研究随着能源问题日益严重，风力发电逐渐成为一种被广泛运用的能源利用形式。

其中，风力发电机组的结构优化研究因其能够在提升发电效益的同时减少设备损耗而备受关注。

本文将基于有限元分析的方法，对风力发电机组结构优化进行研究探讨。

第一部分：风力发电机组结构分析风力发电机组通常包括叶轮、发电机、齿轮减速箱等组成部分。

其中，叶轮是风力发电机组中最关键的部分，其结构的设计与优化直接影响着整个风力发电机组的发电效益。

叶轮的主要结构包括叶片、减速器、轴承、轴等部分。

叶片是叶轮结构中最重要的组成部分，其形状、尺寸和材料选择等参数的优化都将影响着叶轮的整体性能。

因此，在叶轮结构的优化设计中，需要依靠理论计算和实验测试相结合的方法，进行叶片结构参数的选取和优化。

第二部分：基于有限元分析的风力发电机组结构优化有限元分析是一种常用的工程结构分析方法。

其原理是将结构分割成有限的部分，在每一部分上建立一个方程，然后将所有方程联立起来，形成一个求解整个结构的模型。

通过此方法得到的结果可以较准确地反映结构的受力性能和变形情况。

于是，我们可以运用有限元分析的方法，对风力发电机组整体结构进行力学分析和优化设计。

在此过程中，可以对各个结构部件的力学特性进行模拟计算，以寻求最佳设计方案。

第三部分：风力发电机组结构优化设计的实例以某型号风力发电机组为例，我们可以运用有限元分析的方法对其结构进行优化设计。

首先，通过对叶轮结构进行分析，确定其所受力的大小和方向，进而确定叶片和叶轮的结构尺寸和材料选择。

其次，利用有限元模拟计算的方法，对叶轮的应力和变形等参数进行分析。

在此基础上，可以进行优化设计，如调整叶片倾角、优化叶片虚弯等参数，进而改善整个叶轮结构的力学性能。

最后，根据优化设计方案，对风力发电机组的结构进行再次设计和调整，并进行实验验证。

在实验的过程中，需要对叶轮的输出功率、风速响应等参数进行测试和分析，以验证优化设计方案的可行性和有效性。

基于有限元的风力机叶片结构特性分析

基于有限元的风力机叶片结构特性分析在目前的新能源领域发展史上，风能的速度日新月异。

但风电机组运行环境使得风力机叶片的运行中承受着巨大的动态和静态载荷;其动态特性、结构强度和稳定性对风力发电机组可靠运行起着非常重要的作用。

在此，针对某风力机叶片的结构进行动态特性—模态进行有限元计算分析。

得出结论：叶片在测试中，挥舞和摆振是前四阶振动的主要体现形式;总体看挥舞方向刚度比摆振方向刚度小，故挥舞方向固有频率低，为后期风力机叶片结构设计提供参考。

标签：特性分析;叶片结构;风力机引言风资源的应用在全球新能源和可再生能源行业中创造了最快的增长速度，是目前世界上能源领域发展最快的技术之一。

而宁夏回族自治区能源发展“十三五”规划中也有明确指出，要在2020年风电装机达1100万千瓦建成5个大型风电场，实现风资源有序开发。

但是风力机运行环境一般比较恶劣，风力机叶片的运行情况和受载复杂，其动态特性分析对叶片结构及风力发电机组的可靠性设计起着非常重要的作用[1]。

1. 叶片的基本参数及结构型式1.1 叶片的基本参数研究对象风力机叶片基本参数如下：额定功率：1500KW;功率控制：变桨;风轮直径：82.5m;切入风速：3m/s;切出风速：25m/s;转速范围：10.3～20.7rpm;额定转速：17.4rpm;最大功率系数：0.489;叶尖最大挠度：6.3 m最佳尖速比：9.0;錐角：3°;旋转方向：顺时针;叶片数：3片;轮毂高度：80 m;长度：40.25 m;最大弦长：3.183 m;扭角：16°;1.2 叶片结构型式叶片作为风电机组中获得风资源的主要部件，保证风力机正常运行的决定因素即为其优良的结构设计。

叶片结构设计的目的就在于使其具有恰当的外形和合理的复合纤维铺层结构，以确保叶片在受载时不发生局部失效[2]。

3叶片采用单梁双腹板结构，分别由2个叶片壳体（参见图1）组成完整的叶片，形成空气动力学形状的叶片壳体（A）是由±45°、0°/±60°、90°/±45°和0°单向复合毡等玻璃纤维为基础的环氧基复合压和夹层板（沿叶片纵向方向）制造。

风力发电机组叶片设计与性能研究

风力发电机组叶片设计与性能研究随着全球对可再生能源的需求不断增加，风力发电作为一种清洁、可持续的能源形式，受到了广泛关注。

而风力发电机组的叶片作为其中最重要的组成部分，其设计与性能研究对于提高风力发电机组的效率和可靠性至关重要。

本文将对风力发电机组叶片的设计与性能进行研究，并探讨其对风力发电机组整体性能的影响。

一、风力发电机组叶片设计原理风力发电机组叶片的设计原理主要包括气动原理和结构力学原理。

在气动原理方面，叶片的设计需要考虑到风的作用力、气动力学特性以及流场分布等因素。

而在结构力学原理方面，叶片的设计需要考虑到叶片的强度、刚度、振动特性等因素。

综合考虑这两个原理，可以得出一个最优的叶片设计方案。

二、风力发电机组叶片设计过程风力发电机组叶片的设计过程可以分为几个关键步骤。

首先是确定设计要求，包括叶片的长度、宽度、材料等。

然后是进行气动设计，通过数值模拟或实验方法，确定叶片的气动特性，如升力系数、阻力系数等。

接下来是进行结构设计，根据叶片的气动特性和结构要求，确定叶片的形状、厚度等。

最后是进行叶片的优化设计，通过调整叶片的形状和结构参数，使其达到最佳的性能。

三、风力发电机组叶片性能研究方法风力发电机组叶片的性能研究可以通过实验和数值模拟两种方法进行。

实验方法主要是通过在风洞中进行叶片的气动性能测试，包括升力系数、阻力系数等。

数值模拟方法主要是通过计算流体力学（CFD）软件对叶片进行模拟，得到叶片的气动特性。

这两种方法可以相互验证，提高研究结果的准确性。

四、风力发电机组叶片性能影响因素风力发电机组叶片的性能受到多种因素的影响。

首先是叶片的形状和结构参数，包括叶片的弯曲角度、扭转角度、厚度等。

其次是叶片的材料，不同材料的叶片具有不同的强度和刚度特性。

再次是风速和风向，不同的风速和风向对叶片的气动特性有着重要影响。

最后是叶片的表面处理，如涂层、纹理等，可以改善叶片的气动性能。

五、风力发电机组叶片性能优化方法为了提高风力发电机组叶片的性能，可以采取多种优化方法。

风力发电叶片结构与性能分析研究

风力发电叶片结构与性能分析研究风力发电作为一种清洁、可再生的能源，正被广泛应用于全球范围内。

而风力发电叶片作为风机转子的重要组成部分，其结构与性能对风力发电机组的效率和可靠性起着关键作用。

本文将对风力发电叶片的结构与性能进行深入分析与研究。

首先，我们来了解一下风力发电叶片的基本结构。

风力发电叶片一般由纤维复合材料制成，其主要组成部分有叶片根部、叶片轴承、叶片躯干、叶片尖部以及叶片表面的涂层。

叶片根部是连接叶片和轴承的重要部分，承受着风力带来的巨大力量；叶片躯干是叶片的主体结构，负责将风能转化为电能；叶片尖部则用于引导风流，减小尾流的涡旋。

而叶片表面的涂层则起到减小气动阻力，提高叶片运行效率的作用。

风力发电叶片的性能评估主要包括三个方面：气动性能、结构强度和噪音控制。

气动性能是指叶片在风力作用下的工作性能，主要包括叶片的风能捕获能力、风能转化效率等。

而结构强度则是叶片在各种外界条件下的承载能力，例如风压、风荷载、地震等。

噪音控制是指叶片在运行过程中产生的噪音控制，这对于附近的居民和野生动物的生活环境至关重要。

对于风力发电叶片的结构与性能分析研究，首先需要进行气动性能的模型建立和仿真。

通过数值模拟和实验测试，我们可以确定叶片的气动特性，如升力系数、风速与风角的关系等。

基于这些数据，我们可以优化叶片的形状和尺寸，以提高叶片的风能捕获能力和风能转化效率。

而对于叶片的结构强度分析，一般采用有限元分析方法。

通过建立叶片的结构模型，确定关键的材料参数和约束条件后，可以对叶片进行应力和变形的计算。

这样可以评估叶片在各种外界条件下的承载能力，以及在设计和制造过程中可能出现的问题。

通过这些分析，可以选择合适的结构材料和优化叶片的设计，以确保叶片的结构强度和可靠性。

另外，噪音控制也是风力发电叶片研究的一个重要方向。

噪音来源主要来自于叶片表面的湍流以及叶片尖部的压力差。

通过表面改善和结构优化，可以减小湍流的产生和传播，从而降低噪音的发生。

风力发电机叶片结构设计及其有限元分析(学术参考)

关键词：风力机，叶片，有限元模拟，优化THE FE SIMULATION AND OPTIMAL DESIGN OF WIND TURBINE COMPONENTSABSTRACTIn order to promote the capability of design and manufacturing of wind turbine in China, more study should be done in the field of wind turbine design and analysis. In this paper, a blade for 2MW wind turbine is designed according to the traditional design procedure and the 3D geometrical model is created. Then the modal analysis is done through the FE simulation to get the frequency and mode shape, which provides the theoretic basis to prevent resonance.KEY WORDS: wind turbine, blade, FE simulation, optimization第一章绪论1.1 能源问题及可再生能源的现状与发展受世界经济的发展和人口增长的影响，世界一次性能源消费量持续增加，1990年世界国内生产总值为26.5 万亿美元(按1995 年不变价格计算)，2000 年达到34.3万亿美元，年均增长2.7%。

风力发电机组叶片结构设计与优化

风力发电机组叶片结构设计与优化随着可再生能源的日益受到重视和推崇，风力发电作为其中一种重要的清洁能源形式，正逐渐成为人们关注的焦点。

那么，风力发电机组的核心部件之一——叶片的结构设计和优化将起着至关重要的作用。

首先，我们需要了解风力发电机组叶片的基本结构。

一般情况下，风力发电机组叶片由复合材料制成，具有轻质、高强度、耐腐蚀等特点。

叶片的主要作用是将风能转化为动能，并将其传递给发电机，进行电能的转化。

因此，在叶片的结构设计和优化中，我们需要考虑到以下几个关键因素。

首先，风力发电机组叶片的长度和形状会直接影响到其受力和效率。

较长的叶片可以更充分地利用风能，提高发电效率，但同时也会增加叶片的重量和成本。

因此，我们需要在叶片的设计中找到一个平衡点，使其能够在保证高效率的同时，尽量减小重量和成本。

其次，叶片的材料选择和制造工艺也是叶片结构设计和优化的重要方面。

目前主流的风力发电机组叶片多采用玻璃钢或碳纤维等复合材料制作，这种材料具有较好的强度和耐腐蚀性能，能够满足叶片长期风力环境下的使用要求。

在制造工艺上，采用模压或注塑工艺可以提高叶片的一体性和强度，从而减小结构的疲劳损伤风险。

此外，考虑到叶片的维护和更换成本，我们还需要优化叶片的设计，使其易于拆卸和安装。

另外，风力发电机组叶片的表面设计和涂层也是结构优化的关键点。

一个光滑且具有低阻力的叶片表面可以减小风阻，提高发电效率。

因此，在叶片的结构设计中，我们需要考虑到表面的纹理和涂层选择，以实现最佳的流线型设计。

此外，风力发电机组叶片的结构设计还需要考虑到叶片的刚度和稳定性。

在高风速和恶劣天气条件下，叶片会受到巨大的风力作用力，如果叶片的刚度不足或结构不稳定，可能导致叶片破裂或损坏，从而影响到整个风力发电机组的运行安全和稳定性。

因此，在叶片的结构设计中，我们需要加强叶片的刚度，并考虑到其稳定性和可靠性。

最后，风力发电机组叶片的结构设计还需要与发电机和塔架的匹配相结合。

风力机叶片截面弯曲刚度有限元分析方法

风力机叶片截面弯曲刚度有限元分
析方法
风力机叶片截面弯曲刚度有限元分析方法是一种在工程设计中广泛用于评估风力机叶片截面弯曲刚度的数值分析技术。

它主要是将复杂的物理问题（如风力机叶片截面弯曲刚度）减少为适当的有限元模型，然后使用相应的数学技术进行分析，从而得出最终的结果。

首先，建立叶片截面的有限元模型。

有限元模型的建立主要分两步：1) 对叶片截面的形状和物理性能进行划分，将其划分为多个单元；2) 将划分的单元再进行量化，也就是根据叶片的形状、物理性能和应力场的特性，确定每个单元的有限元元素，并计算出有限元系数矩阵。

然后，建立风力机叶片截面弯曲刚度的有限元分析模型。

有限元分析模型的建立主要分三步：1) 根据上文所建立的有限元模型，确定出常数矩阵；2) 根据叶片的位置，确定出荷载矩阵；3) 将确定的常数矩阵和荷载矩阵代入到有限元分析模型中，计算得出风力机叶片截面弯曲刚度。

最后，根据计算出的风力机叶片截面弯曲刚度，对叶片性能进行评估。

根据叶片截面弯曲刚度的大小，可以判
断叶片的强度和刚度是否满足设计要求，从而提供叶片设计的参考依据。

风力发电机组的结构设计与风载荷分析

风力发电机组的结构设计与风载荷分析随着对可再生能源的重视和全球气候变化的影响，风力发电成为最具潜力和广泛应用的可再生能源之一。

风力发电机组的结构设计和风载荷分析是确保风力发电系统高效运行和安全稳定的关键因素。

本文将探讨风力发电机组的结构设计原理和风载荷分析的方法。

一、风力发电机组的结构设计原理风力发电机组的结构设计旨在提供足够的结构强度和稳定性，使风机能够承受来自风力的荷载并保持运行稳定。

以下是风力发电机组常见的结构设计原理：1. 塔架设计：塔架是支撑风力发电机组叶片和机舱的关键组件。

塔架的高度和稳定性直接影响风力发电机组的性能和寿命。

塔架通常采用钢结构设计，通过合理布置构件和增加加强材料来提高整体刚度和抗风性能。

2. 叶片设计：叶片是转化风能的关键部分。

叶片的设计旨在提高转化效率和减小风载荷。

材料的选择、叶片形状和空气动力学原理的应用是叶片设计的重要考虑因素。

现代叶片采用复合材料和独特的扭曲形状，以提高刚度和减小风阻力。

3. 发电机设计：发电机是将风能转化为电能的关键部分。

发电机的设计考虑因素包括转速、功率输出、能量转化效率和可靠性。

现代风力发电机组通常采用永磁同步发电机或感应发电机，具有高效率和可靠性。

二、风载荷分析的方法风载荷分析是对风力发电机组在风力作用下的结构响应进行评估和预测的过程。

风载荷分析方法的选择和精确度对于风力发电机组的安全和性能至关重要。

以下是常见的风载荷分析方法：1. 风场建模：风载荷分析的第一步是建立逼真的风场模型。

根据风速、风向和风场的非均匀性，利用数学建模或计算流体力学方法模拟风场的分布和变化。

高精度的风场模型可以提供准确的荷载预测。

2. 结构响应分析：结构响应分析是预测风力发电机组在风载荷作用下的变形和应力分布。

通过使用有限元方法或解析方法，将结构划分为小的单元，分析每个单元的响应并进行整体结构的耦合计算。

结构响应分析可以为结构设计和强度验证提供基础数据。

3. 极限状态分析：极限状态分析是评估风力发电机组在极端风载荷条件下是否能够保持正常运行和安全运行的分析。

风机叶片结构优化设计及性能分析

风机叶片结构优化设计及性能分析风机是一种将风能转化为机械能的装置，广泛应用于能源产业、环境保护和建筑领域。

风机的叶片结构是其重要组成部分，直接影响着风机的性能和效率。

因此，风机叶片结构的优化设计及性能分析是提高风机效率的关键。

首先，风机叶片结构的优化设计是指通过改进叶片的几何形状和构造参数，以达到最佳的风能利用效果。

优化设计应综合考虑叶片的强度、刚度和空气动力学性能等因素。

具体而言，优化设计可以从以下几个方面展开：1. 材料选择：风机叶片通常采用纤维增强复合材料制造。

不同的材料具有不同的强度和刚度特性，对叶片结构的优化设计产生重要影响。

在材料选择上，需要综合考虑成本、重量和力学性能等因素，以选择最合适的材料。

2. 几何形状设计：叶片的几何形状是影响风机性能的重要因素。

通常来说，叶片的横截面采用空气动力学优化曲线，如NACA翼型曲线。

此外，叶片的长度、扭转角度以及叶片的数量也需要根据具体的应用需求进行优化设计。

3. 加筋设计：为了增加叶片的强度和刚度，通常在叶片上设置加筋。

加筋的设计应考虑叶片的应力分布和受力情况，以提高叶片的抗弯、抗扭能力。

同时，在加筋的设计上还需注意减少结构的重量，以提高整体的轻量化效果。

其次，对风机叶片结构的性能进行分析是优化设计的重要环节。

通过性能分析，可以评估叶片在不同工况下的风能捕获能力、机械功率输出以及动力学响应等指标。

1. 流场分析：利用计算流体力学（CFD）方法，可以对风机叶片在流场中的行为进行数值模拟。

通过模拟结果，可以分析叶片的速度分布、压力分布和阻力分布等情况，从而优化叶片的气动设计。

2. 力学分析：在风机运行过程中，叶片会受到风荷载的作用，因此需要进行强度和刚度的力学分析。

通过有限元分析方法，可以模拟叶片的受力情况，预测叶片的应力分布和变形情况。

在分析中，还可以考虑动力学响应，以确保叶片在各种工况下的稳定性和可靠性。

综上所述，风机叶片结构的优化设计及性能分析是提高风能转化效率的关键。

1、下载文档前请自行甄别文档内容的完整性，平台不提供额外的编辑、内容补充、找答案等附加服务。
2、"仅部分预览"的文档,不可在线预览部分如存在完整性等问题,可反馈申请退款(可完整预览的文档不适用该条件!)。
3、如文档侵犯您的权益，请联系客服反馈,我们会尽快为您处理(人工客服工作时间：9:00-18:30)。

1.2风力发电机的设计与分析现状
1.2.1国外风力发电机技术现状
20世纪，世界各国已经研制出许多小型风力发电机可以供居民生活用电；但是在现今社会，要想实现并网发电，必须要依靠中大型风力机，其功率为几十、上百千瓦直到兆瓦，尤其是兆瓦级风力机更是大型电厂并网发电所急需的。早在20世纪70年代，美国和欧洲就开始研究兆瓦级风力发电机组，如美国MOD-5B风力发电机组，风轮直径97.54m，在13.4m/s风速下输出功率3.2MW，由于当时技术的原因，兆瓦级风力发电机未能商品化生产。到了二十世纪80年代，欧洲又开始投入兆瓦级风力发电机组的开发，丹麦、英国等国的风力发电机组正式投入商业运营。到了二十世纪90年代，兆瓦级风力发电机组得到了进一步的发展，荷兰、德国、丹麦、瑞典、意大利、英国都先后研制成功1～4MW的风力发电机组[6]。
了宝贵的陆地面积，而且风资源状况更好。
E.由百kW级向MW级乃至多MW级发展。为的是提高单位土地面积的发电量。在近二十年的时间内，从国外风机容量由55kW发展到5MW，叶轮直径由15m加长到125m，可靠性从50％提高到98％等事实，可以说明风力发电机组的发展趋势是功率较大、重量较轻、造价较低、可靠性较高[7]。
风力发电机叶片结构设计及其有限元分析
摘要
为了更好地发展我国的风力发电事业，实现风力发电机的国产
化，必须深入开展风力机设计、分析方面的研究。本文根据传统的
的叶片设计方法设计了2MW风力机叶片，并生成三维几何模型，
然后利用有限元模拟对叶片进行了振动模态分析，得到各阶振动频
率和振型，为防止结构共振提供了依据。
世界上能源的主要形式是以煤、石油为主的化石能源、核能以及可再生的水利能源、太阳能。但是，人类所能够利用的化石资源是有限的，人们对能源的需求也在不断增长，近年来平均以5%的速度递增，造成能源供需矛盾的加剧。如果不尽早调整以化石能源为主体的能源结构，势必会形成对数亿年来地球积累的生物化石遗产更大规模的挖掘、消耗，由此将导致有限的化石能源趋于枯竭，人类生态环境质量下降的恶性循环，不利于经济、能源、环境的协调发展[2]。
现代风力发电机组经过几十年的研究和发展，就机组技术而言正逐步呈现以下趋势：
A.由定桨距向变桨距机型发展。变桨距风力机组在低风速区的输出功率可以高于定桨距机组，但是其机械装置和控制系统变得更复杂。
B.机组由定速运行向变速运行发展。变速运行的优点在于可以在低风速区以最优尖速比运行而最多地获得风能。
C.有齿轮箱式向直接驱动式发展。无齿轮箱后的机组结构简单，可靠性增加。D.由单一陆地型机组逐渐开始向海上机组发展。海上风电场的建立大大节省
中国陆地风能资源理论总储量约为32.26亿kW，经济可开发利用量约为2.53亿kW，海上风能实际可开发量约为7.5亿kW，共计10亿kW。中国的风能资源主要分布在东南沿海及附近岛屿、“三北”地区(西北、华北、东北)和青藏高原等[4]。
中国发展风力发电较晚，但是发展速度比较快。20世纪90年代以来，并网风电场装机容量以平均每年30%左右的幅度递增，至2004年底，中国风电装机容量规模达764.37MW，占中国电力总装机规模的0.17%，其发电量占总电量的0.08%。与欧美等国相比，中国的风力发电还十分滞后，必须加快发展步伐。中国制定了风电发展远景规划目标，计划到2020年风力发电装机总量达到30000MW[5]。
KEY WORDS:wind turbine, blade, FE一章绪论
1.1能源问题及可再生能源的现状与发展
受世界经济的发展和人口增长的影响，世界一次性能源消费量持续增加，1990年世界国内生产总值为26.5万亿美元(按1995年不变价格计算)，2000年达到34.3万亿美元，年均增长2.7%。根据《2004年BP能源统计》，1973年世界一次能源消费量仅为57.3亿吨油当量，2003年已达到97.4亿吨油当量。过去30年来，世界能源消费量年均增长率为1.8%左右。如此大增长幅度的消费量使世界能源的利用面临巨大的压力和挑战[1]。
关键词：风力机，叶片，有限元模拟，优化
THE FE SIMULATION AND OPTIMAL DESIGN OF WIND
TURBINE COMPONENTS
ABSTRACT
In order to promote the capability of design and manufacturing of windturbine in China, more study should be done in the field of wind turbinedesign and analysis. In this paper, a blade for 2MW wind turbine is designedaccording to the traditional design procedure and the 3D geometrical modelis created. Then the modal analysis is done through the FE simulation to getthe frequency and mode shape, which provides the theoretic basis to preventresonance.
中国在过去几十年经济实力有了显著的提高，但是这很大方面是牺牲了大量资源、破坏了生态环境换来的。想要使得中国经济有持续稳定的增长，居民生活质量有大幅提高，必须转变经济增长策略，控制不可再生能源的开采，大力发展新能源，实现社会的和谐发展。风能、太阳能、潮汐能都是重要的新能源，其中产业化最为成熟的首推风能。据估计全球风能储量储量约为2.74×109MW，其中可开发利用量约为2×107MW，比全球可开发利用的水能总量要大10倍。风力发电在世界各国已经受到高度重视，截至2004年底，德国、西班牙、美国、丹麦和印度的风电装机总量为38000MW，占世界风电市场份额的79%[3]。