风力机叶片CAD与CAE结合建模计算
航空发动机叶片CAD、CAPP、CAM的思考
航空发动机叶片CAD/CAPP/CAM的思考郭文有1航空技术的发展需要CAD/CAPP/CAM叶片CAD/CAPP/CAM是一个统一完整的系统，在叶片设计和制造过程中，计算机辅助完成叶片设计(CAD)、毛坯制造和机械加工工艺文件的编制(CAPP)、工装设计(CAD)、工装和叶片的数控加工(CAM)等一系列工作。
当今世界航空技术飞速发展，先进的新机种不断出现，其研制周期由将近10年缩短为不到3年，技术寿命也由过去的几十年缩短为十几年甚至更短。
其中一个重要因素是得益于计算机技术的不断发展和应用，特别是CAD/CAPP/CAM的应用，大大提高了飞机设计和制造水平，缩短了研制和生产周期，降低了制造费用，从而加快了航空技术的发展。
发动机是飞机的关键，叶片是发动机的关键零件之一，其特点是结构复杂，品种、数量多，对发动机性能影响大，设计制造周期长，制造工作量约占整台发动机的三分之一。
因此，发动机叶片的设计、制造技术水平对提高发动机性能、缩短研制周期和降低制造费用起着重要的作用。
我国航空发动机叶片的设计、制造至今还没有采用CAD/CAPP/CAM技术。
叶片的研制周期长，水平低，质量差，且经常更改设计，重新制造，拖延了发动机试制周期。
积极开发和应用叶片CAD/CAPP/CAM技术对加速我国航空技术的发展有着十分重要的意义。
图1叶片CAD/CAPP/CAM的主要工作Fig.1Main work of CAD/CAPP/CAM for blade2叶片CAD/CAPP/CAM的主要工作结合我国实际情况，叶片CAD/CAPP/CAM技术开发的初始阶段，应当把由计算机完成叶片设计和制造技术文件编制的主要工作作为首选目标(见图1)，对管理和一些非主要工作可暂不考虑。
2.1叶片CAD叶片CAD最终要设计出完整的叶片几何形状，提供制造用的图纸和计算机文件(软盘、联网数据资料等)，以便在制造中直接查阅和供CAPP/CAM直接使用CAD数据。
大型风力机叶片气动外形设计及三维实体建模研究
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利用CAD技术的风力发电机组三维模型设计与制造
利用CAD技术的风力发电机组三维模型设计与制造风力发电机组是利用风能转化为电能的装置，它由风力发电机和支架组成。
而CAD技术（计算机辅助设计）是一种利用计算机进行工程图形的辅助设计方法。
本文将重点介绍利用CAD技术进行风力发电机组的三维模型设计与制造的过程。
1. 需求分析在进行风力发电机组的三维模型设计与制造之前，首先需要进行需求分析。
我们需要考虑的因素包括风力发电机组的功率、转速、叶片数量等。
通过确定这些参数，我们可以根据实际需求进行三维模型的设计与制造。
2. 三维建模利用CAD技术进行风力发电机组的三维建模是设计与制造的基础。
我们可以根据需求和设计要求，采用CAD软件中的建模工具进行对风力发电机组的建模。
首先，我们需要绘制整个风力发电机组的骨架结构，包括支架和发电机等，然后再逐步添加叶轮、传动系统等细节。
确保模型的每个部分都符合设计要求，并且能够实现正常运转。
3. 材料选择在进行风力发电机组的制造之前，需要选择合适的材料。
这些材料需要具备一定的强度和耐久性，以及适应各种环境条件的要求。
根据模型设计，我们可以确定所需要的材料种类和尺寸，然后选择高质量的材料进行制造。
4. 制造工艺制造风力发电机组的过程需要考虑到材料的加工、组装以及质量控制等问题。
根据三维模型设计，我们可以将模型分解为各个零件，并制定相应的制造工艺流程。
例如，通过数控机床对金属零件进行加工，利用3D打印技术对塑料零件进行制造等。
此外，还需要进行合适的组装过程，确保各个零件的拼接紧密无缝。
5. 模型测试与改进制造完成后，对风力发电机组的三维模型进行测试和改进是必要的。
我们可以利用计算机模拟软件对模型进行动力学分析，检测其在不同工作条件下的性能表现。
根据测试结果，我们可以对模型进行必要的改进和优化，以达到更好的发电效果和可靠性。
综上所述，利用CAD技术进行风力发电机组的三维模型设计与制造需要进行需求分析、三维建模、材料选择、制造工艺和模型测试与改进等步骤。
如何使用CAD进行风力发电机叶片设计与优化
如何使用CAD进行风力发电机叶片设计与优化现如今，风力发电已经成为了可再生能源领域中的一个重要组成部分。
而风力发电机叶片设计作为一个关键环节，直接影响着风力发电机的产能和效率。
在这篇文章中，我们将探讨如何使用CAD软件进行风力发电机叶片的设计与优化。
首先，我们需要明确风力发电机叶片的设计目标。
通常来说，设计师需要考虑到叶片的结构强度、空气动力学性能以及材料的可用性。
然后，我们可以开始使用CAD软件进行叶片的初步设计。
在CAD软件中，我们可以使用参数化建模工具来创建叶片的基本几何形状。
通过调整参数，我们可以轻松地改变叶片的尺寸和曲线形状。
此外，CAD软件还提供了许多辅助工具，如绘制线段、圆弧和曲线等，这些工具可以帮助我们创建复杂的叶片几何形状。
当叶片的基本几何形状设计好后，我们可以通过CAD软件的仿真分析功能进行性能评估。
例如，我们可以使用CFD（Computational Fluid Dynamics）模拟风场中的气流情况，以评估叶片的空气动力学性能。
通过分析模拟结果，我们可以了解叶片在不同风速下的受力情况，从而进行调整和优化。
为了提高叶片的结构强度，我们可以使用CAD软件进行有限元分析。
有限元分析是一种将结构划分为小块元素，并计算每个元素上的应力、位移等物理量的方法。
通过这种分析，我们可以确定叶片的应力分布情况，并进行必要的修改和优化。
除了基本的叶片设计和性能评估之外，CAD软件还可以提供其他辅助功能，如材料选择和装配设计。
在材料选择方面，我们可以利用CAD软件的数据库，搜索和比较不同材料的物理性质和成本信息，以便选择最适合叶片的材料。
在装配设计方面，CAD软件可以帮助我们将叶片与其他部件进行完美的匹配，并确保装配过程的顺利进行。
最后，一旦叶片设计完成，我们可以使用CAD软件生成详细的工程图纸。
工程图纸包括叶片的各项尺寸、几何形状以及装配细节，这对于实际制造和安装至关重要。
通过CAD软件生成的工程图纸，我们可以确保叶片的制造过程中不会出现尺寸和配合方面的问题。
基于APDL的风力机叶片CAD／CAE一体化建模技术
行 风 轮 叶 片 性 能 模 拟 时 的适 用 性 。
ｋ， ，１ ８ ０，３ ．上 的 基 本 点 就 可 以 在 ＡＮ Ｓ Ｙ Ｓ中 绘
制 出来 。
ｋ， ，８ ０， － １ ２ ． ９， ｋ， ，１ ０ ０，－１ １ ． ９，
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ｋ， ，２ ５， １ ４． ９， ｋ， ，３ ０， １ ５． ７， ｋ， ，３ ５， １ ６． ３， ｋ， ，４ ０， １ ６． ７， ｋ， ，６ ０， １ ７． １，
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ｎ ａ ｃ ａ ２３ ０１ ６ ／ｐｒ ｅ ｐ ７ ｋ， ， ｋ， ， ５， ７． １， ｋ， ， １ ０， １ ０． ２， ｋ， ， １ ５， １ ２． ３， ｋ， ，２ ００， ｋ， ， ５， －５． ４， ｋ，， １ Ｏ， －７ ． １，
图３ 生 成 两 个 截 面 的情 形
（ １ ）数 据 源 准备
查 叶 片 翼 型 手 册 ，获 得 Ｎ Ａ Ｃ Ａ ２ ３ ０ １ ６翼 型 基 本 几 何 参 数 。常 用 的 翼 型参 数 均 可 在 手 册 中查 到 ，并 可 作 为 叶片 翼 型建模参数在 Ａ Ｎ Ｓ Ｙ Ｓ中以 数 据 库 形 式 储存 备 用 。
风力机叶片立体图的计算机设计绘制
□ 广西大学机械工程学院 陈家权 杨新彦
本文的作者按 照叶片设计的实际过 程，在根据涡流理论 设计叶片参数的基础 上，提出了一种能在 计算机上立体显示叶 片截面及结构的设计 方法，即用基于点的 坐标的几何变换理论 求解叶片各截面在空 间实际位置的三维坐 标，基于三维几何建 模理论，完成了对叶 片的实体建模。
针对上述情况，笔者找到了一 种能够提高叶片CAD质量的叶片计 算机3D绘图方法：首先获取各截面 叶素数据，计算弦长和扭角等主要 参数，然后基于点的坐标的几何变 换求出叶片各截面在空间实际位置 的三维坐标，最后基于3D建模理论 完成叶片计算机3D绘图。
一、风力机叶片的具体 设计方法
1.叶片翼型的选择 现代风力机通常是采用三叶片 的上风或下风结构。风力机叶展形 状、翼型形状与风力发电机的空气 动力特性密切相关。一台好的风力 机应当尽量增加升力并减小阻力， 使 CL / CD 尽量趋于最大值，以增 加风力机的风能利用系数。 叶片通常由翼型系列组成。 由于叶片根部各翼型力臂较小，对 风力机风轮输出扭矩的贡献不大， 所以叶片根部对风力机性能影响较 小，设计时应主要考虑加工方便和 强度问题。应在尖部采用薄翼型以 满足高升阻比的要求；在根部采用 相同翼型或较大升力系数翼型的 较厚形式，以满足结构强度的需 要。典型运行工况下的雷诺数范 围是5×105~2×106。常用的翼型 有NACA44xx系列、NACA644xx系列 和NACA230xx系列等航空翼型；专 用翼型有美国的SERI翼型系列以及 NREL翼型系列、丹麦的RISφ-A系 列翼型和瑞典的FFA-w系列翼型 等，设计时应根据不同的设计需要 选取不同的翼型。翼型数据及其气 动性可参考Profili软件、中国气动 力研究与发展中心的文献等。 2.叶片的弦长和扭角计算 应用涡流理论设计风轮叶片， 把叶片分成若干叶素，分别对各叶 素在最佳运行状态下进行空气动力 学计算。
CAE在复合材料风机叶片的应用
CAE在复合材料风机叶片的应用在风力发电中，要获得较大的风力发电功率，其关键在于具有能轻快旋转的叶片。
叶片的设计除了要求有高效的接受风能的翼型，合理的安装角，科学的升阻比、尖速比和叶片扭角，由于叶片直接迎风获得风能，所以还要求叶片具有合理的结构，优质的材料和先进的材料工艺以使叶片可靠地承受风力、叶片自重、离心力等给予叶片的各种弯矩、拉力，而且还要要求叶片质量轻、结构强度高、抗疲劳强度高、运行安全可靠、易于安装、维修方便、制造容易、制造成本和使用成本低。
随着CAE技术的发展，所有这些要求均可通过相应的CAE 分析方法，如结构分析、流体分析、工艺分析等来解决。
目前风机叶片的结构分析是风机叶片结构设计的基础之一，主要设计目标：①振动最小或不出现共振；②质量最小；③保证结构的局部稳定或全局稳定；④满足结构强度和刚度要求。
因此复合材料风机叶片结构分析主要涉及模态分析、优化分析、屈曲分析和强度和刚度分析，其中模态分析和强度和刚度分析是目前复合材料风机叶片结构分析中最常使用的两种分析类型。
在风机叶片结构分析中，首先要确定叶片载荷。
根据风机设计标准，载荷工况、非正常载荷工况和事故载荷工况。
正常载荷工况是指风机正在运行、偏航、开机、停机等正常运行期间叶片所受的载荷，须考虑气动力、重力和离心力作用。
非正常载荷工况是指风机在极端风载、安装运输、危险状况等非正常运行期间叶片所受的载荷。
事故载荷工况是指飞车、叶片损坏事故时叶片所承受的载荷。
随着计算机技术的发展，有限元在结构分析中得到广泛应用。
有限元强大的建模和结构分析功能适应叶片的应力、变形、频率、屈曲、疲劳及叶根强度的分析。
风机叶片有限元的特点：①形状不规则（每个截面都不同）；②铺层复杂，过渡层很多；③大量夹层结构（“三明治”结构）；④大量粘结区域；⑤载荷分布不规则。
NASTRAN FX是一款著名的商业化大型通用有限元软件，广泛应用于航空航天、机械制造等，尤其在复合材料分析更具优势，可以对复合材料风机叶片进行建模、结构设计、材料研究以及制造工艺提供完整的解决方案。
CAE技术在风电机组设计中的应用
CAE技术在风电机组设计中的应用作者：高俊云来源：《风能》2014年第11期风电机组（Wind Turbine）作为高技术密集型产品，在设计过程中涉及到力学（空气动力学、结构力学、材料力学等）、自动控制（机械控制、电气控制、液压控制等）、机械设计、电机学、高分子材料以及液压等等多门学科，是一个非常复杂的系统工程。
其开发过程大体上可分为概念设计（方案设计）、初步设计、分系统详细设计等阶段，包括叶片设计选型、载荷仿真计算、风轮设计、传动系统设计、偏航系统设计、塔架设计、电气系统设计、安全与控制系统设计、防雷设计等。
如图1所示，风电机组作为一个复杂的系统，各子系统之间相互影响、相互耦合。
由于风电机组受空气动力载荷、重力载荷、惯性载荷（离心力和陀螺力）、运行载荷等的综合作用，各部件在整个寿命周期内承受着冲击性和随机性的载荷。
因此，风电机组的设计具有复杂性、综合性，对可靠性也有非常高的要求，标准要求其设计寿命不低于20年。
随着计算机技术的不断发展，风电机组的设计广泛采用了CAE技术等现代设计方法，使风电机组的设计不断创新和成熟。
而对于开发自有知识产权的风电机组，CAE仿真分析更是其中一个不可或缺的手段。
风电机组设计中CAE技术的主要应用范围计算机辅助工程（Computer Aided Engineering —CAE ）是一种迅速发展的虚拟设计和分析技术，利用计算机对工程和产品的功能、性能、安全可靠性等进行计算、分析、优化设计，对其未来的工作状态和运行行为进行模拟仿真，以及早发现设计缺陷，改进和优化设计方案，证实未来工程和产品的各项性能是否达到设计指标。
CAE是实现重大工程和工业产品的计算分析、模拟仿真与优化设计的工程软件，是支持科学家进行创新研究和工程师进行创新设计的最重要的工具和手段。
作为创新设计的重要手段，CAE技术已不仅仅作为科学研究的一种手段，在生产实践中也已作为必备工具普遍应用。
CAE技术是制造业创新设计的核心技术。
CAD技术在风电设备设计中的应用
CAD技术在风电设备设计中的应用随着可再生能源的推广和应用，风力发电作为其中重要的一种形式，在能源产业中的地位日益重要。
风电设备的设计与研发对于风电行业的发展至关重要。
在风电设备的设计过程中，计算机辅助设计（CAD）技术的应用已经成为不可或缺的工具。
本文将探讨CAD技术在风电设备设计中的重要性以及具体应用。
一、风电设备设计的挑战在风电设备设计过程中，工程师面临着一系列的挑战。
首先，风力发电机组的设计需要考虑到风场特性、风向变化等因素，从而保证风能的充分利用。
其次，风能发电机组需要经历高速旋转、高负载等严酷的工作环境，因此，安全可靠性是设计的重要指标。
此外，风电设备的设计还需要兼顾成本、效率、材料选择等多种因素。
在面对这些挑战时，传统的手绘设计方法已经无法满足工程师们的需求，因此CAD技术的应用显得尤为重要。
二、CAD技术在风电设备设计中的优势CAD技术作为一种计算机辅助设计工具，具有多项优势。
首先，CAD技术可以实现真实感的三维模型设计。
通过CAD软件，工程师可以将设计想法快速转化为精确的三维模型，有助于更好地理解和分析设计方案。
其次，CAD技术可以提供辅助分析功能。
例如，工程师可以利用CAD软件进行流体动力学分析，以及应力和热分析，从而更好地评估设计方案的可行性和性能。
此外，CAD技术还可以通过虚拟试验的方式，减少实际试验的成本和时间，提高设计效率。
最后，CAD技术还具有便捷性和可靠性的优势，工程师可以通过CAD软件实现快速的设计修改和优化，减少设计返工的可能性。
三、CAD技术在风电设备设计中的应用1. 传动系统设计：风力发电机组的传动系统是其中关键的部分。
CAD技术可以帮助工程师实现准确的传动系统设计，并进行相关的运动仿真分析，以评估传动系统的可靠性和效率。
2. 叶片设计：风力发电机组的叶片设计与性能直接相关。
CAD技术可以帮助工程师实现叶片的三维模型设计，并进行空气动力学分析，以优化叶片的空气动力性能。
基于数值模拟的风力发电机组叶片优化设计
基于数值模拟的风力发电机组叶片优化设计风力发电作为一种清洁、可再生的能源，正逐渐成为全球能源结构调整的重要组成部分。
而风力发电机组作为风能转化成电能的核心设备，其效率和可靠性对于风力发电的发展起着至关重要的作用。
而风力发电机组中的叶片作为能量转化的关键组件，其设计优化对于提升整个风力发电机组的性能至关重要。
在过去的发展过程中，风力发电机组的叶片设计面临着许多技术难题。
传统的风力发电机组叶片设计依赖于经验公式、试验数据和手工调整，这种方法具有很大的人力和时间成本，并且很难满足不同工况下的优化需求。
而在风力发电机组日益复杂的工作环境下，要实现最佳能量转化效果，需要借助数值模拟方法进行叶片优化设计。
数值模拟方法主要依赖于计算流体力学（CFD）和计算机辅助工程（CAE）技术。
其基本原理是通过数学模型和计算方法，对风力场和叶片进行数值模拟，分析叶片的气动性能、结构强度和振动响应等关键指标，从而实现叶片形状和结构的优化设计。
在数值模拟方法中，首先需要建立风力发电机组叶片的几何模型。
对于复杂的三维叶片，可以利用CAD软件进行建模，并根据工作需求设置网格参数。
然后，利用CFD软件对建立的几何模型进行数值计算，模拟风力作用下的叶片运动和流场分布。
通过这些计算结果，可以得到叶片表面的压力分布、气动力矩和叶片尾流特性等数据。
在计算过程中，可以通过调整叶片的参数和结构，如叶片的扭转角、弯曲度和厚度等，来改变叶片的气动性能。
通过数值模拟计算和优化设计的循环迭代，可以找到最佳的叶片形状和结构参数组合，从而实现风力发电机组的性能提升。
除了优化叶片的气动性能，数值模拟方法还可以对叶片的结构强度进行评估和优化。
通过引入材料力学和有限元分析等技术手段，可以对叶片的应力分布和疲劳寿命进行预测，从而实现叶片结构的优化。
同时，数值模拟还可以帮助设计师分析和优化叶片的振动响应，提高叶片的可靠性和安全性。
鉴于数值模拟方法在风力发电机组叶片优化设计中的重要性，不少研究机构和企业已经开始应用这一方法进行叶片设计。
CAD在风力发电工程设计中的应用
CAD在风力发电工程设计中的应用CAD（计算机辅助设计）是一种被广泛应用于工程设计领域的技术，它为设计师提供了一种快速、准确、高效的设计工具。
在风力发电工程设计中，CAD的应用不仅可以提高设计效率，减少错误，还可以优化设计方案，提升发电效率。
本文将会探讨CAD在风力发电工程设计中的具体应用。
一、风力发电机组设计风力发电机组作为整个风力发电工程的核心组成部分，其设计的准确性和合理性对整个项目的发电效率和可靠性具有至关重要的影响。
CAD技术在风力发电机组设计中可以发挥巨大的作用。
首先，CAD技术可以帮助设计师准确构建风力发电机组的三维模型。
通过CAD软件的建模功能，设计师可以精确地绘制风力发电机组的各个零部件，包括旋转叶片、轴承、齿轮等。
通过这些模型，不仅可以直观地展现出整个机组的结构，还可以进行动态仿真分析，验证机组设计的合理性，优化设计方案。
其次，CAD技术可以帮助设计师进行工艺设计和装配设计。
在风力发电机组的设计过程中，工艺设计和装配设计是非常重要的环节。
通过CAD技术，设计师可以实现对机组的工艺流程进行规划和优化，确定各个零部件的装配顺序和方法，避免装配过程中的冲突和问题，并提高装配效率。
最后，CAD技术还可以实现对风力发电机组进行性能分析和优化。
通过CAD软件的仿真功能，设计师可以对风力发电机组进行动态分析，模拟机组在各种风速条件下的运行情况，进而评估机组的发电效率和可靠性。
基于这些分析结果，设计师可以对机组的设计参数进行优化和调整，以达到更高的发电效率和更好的性能。
二、风力发电场布局设计风力发电场的布局设计是风力发电工程设计中的关键环节之一。
合理的布局设计可以最大限度地利用地理环境和风能资源，提高整个发电场的发电效率。
CAD技术在风力发电场布局设计中发挥着重要作用。
首先，CAD技术可以实现对风能资源的地形分析。
通过地形数据的导入和处理，CAD软件可以生成具有真实地形信息的数字模型，进一步进行地形剖面和等值线分析。
基于CAD技术的风力发电机组结构设计与强度分析
基于CAD技术的风力发电机组结构设计与强度分析一、引言风力发电机组作为一种可再生能源装置，在现代社会中发挥着重要的作用。
因此，对于风力发电机组结构设计和强度分析具有重要意义。
本文将基于CAD技术，详细介绍风力发电机组结构的设计过程，并进行相应的强度分析，以确保风力发电机组的稳定性和可靠性。
二、风力发电机组结构设计1. 风力发电机组组成风力发电机组主要由塔架、机舱、叶片和旋转机构组成。
设计风力发电机组结构时，需要考虑各部分的功能和相互之间的连接。
2. 塔架设计塔架作为风力发电机组的主体支撑结构，需要具备足够的强度和刚度来承受风压和重力。
在设计过程中，需要考虑材料的选择、截面形式和塔架的高度等因素。
3. 机舱设计机舱是风力发电机组的核心部分，需要容纳发电机、传动系统以及控制装置等。
在设计机舱结构时，需要考虑重量分布和空间利用效率。
同时，还要保证机舱的刚度和振动控制。
4. 叶片设计叶片是将风能转化为机械能的关键部分，其设计需要考虑气动特性、结构强度和动力学特性。
通过CAD技术，可以优化叶片的外形和材料的选择，以提高风能捕捉效率和减小结构重量。
5. 旋转机构设计旋转机构是使叶片能够根据风向实现自动调整的关键部分。
在设计旋转机构时，需要考虑转轴的强度和稳定性，以及传动系统的设计和可靠性。
三、CAD技术在风力发电机组结构设计中的应用1. 三维建模CAD技术可以实现对风力发电机组结构的三维建模，包括各个部件的几何形状和相互之间的连结关系。
通过三维模型，可以直观地查看和修改设计，提高设计效率。
2. 强度分析CAD软件具有强大的仿真分析功能，可以对风力发电机组结构进行强度分析。
根据材料的力学性能和加载条件，可以模拟结构在不同工况下的应力和变形。
这有助于评估结构的安全性和可靠性，并进行必要的改进。
3. 优化设计CAD技术可以进行参数化设计和优化设计，通过对关键参数进行调整和优化，以达到结构性能的最佳化。
通过CAD软件提供的优化算法，可以在满足强度和稳定性要求的前提下，减小结构重量、降低材料成本。
CAD绘制风力发电机图的详细步骤
CAD绘制风力发电机图的详细步骤风力发电机是一种利用风能转化为电能的设备，具有环保、可再生的特点。
在制造风力发电机过程中，使用CAD（计算机辅助设计）软件对设备进行绘图是一项关键的工作。
本文将详细介绍CAD绘制风力发电机图的步骤，帮助读者更好地理解和应用。
1. 制定设计方案首先，我们需要根据实际需求制定一个设计方案。
该方案应该包括所需的风力发电机的尺寸、材料以及相关技术指标等。
通过明确的设计方案，可以更好地指导后续的CAD绘图工作。
2. 打开CAD软件并创建新文件启动你所使用的CAD软件，并创建一个新的绘图文件。
选择适当的单位和尺寸，使其与设计方案一致。
在开始绘图之前，确保你具备一些基本的CAD软件操作技巧，例如画线、绘制圆和矩形等。
3. 绘制基本结构根据设计方案，开始绘制风力发电机的基本结构。
首先，画出主轴的横截面。
你可以使用CAD软件中的圆工具来绘制主轴的外径和内径。
接下来，根据设计方案中的要求，绘制风轮叶片的形状。
使用CAD软件中的线工具连接点来绘制叶片的轮廓。
4. 添加细节绘制风力发电机的细节非常重要，可以让模型更加真实并具有实用性。
例如，在主轴上添加轴承和其他连接元件。
在风轮叶片上添加适当的曲线和凹槽。
通过添加这些细节，可以更好地还原实际风力发电机的形态。
5. 调整尺寸和比例一旦基本结构和细节都完成了，你可以对整个绘图进行审查，并根据需要进行尺寸和比例的调整。
确保风力发电机的各个部分之间的比例合理，并与设计方案一致。
6. 标注和注释绘制完风力发电机的主体后，需要对图形进行标注和注释。
使用CAD软件中的标注工具来添加尺寸、文字和箭头等注释。
这样做可以使绘图更加清晰，方便他人理解。
7. 检查和修改在完成绘图之前，需要对整个图形进行仔细检查和修改。
检查是否有错综复杂的线条、断开的连接或没有正确对齐的元件等问题。
任何错误或问题都应该及时修正，以确保绘图的准确性和完整性。
8. 保存和输出最后，保存绘图文件，并选择合适的格式进行输出。
风力机叶片外形参数化建模
玻璃钢研究报告2007 年第 2 期风力机叶片外形参数化建模孙 永 泰(上海玻璃钢研究院，上海 201404)摘要本文通过离散再组装的过程， 实现了叶片外形曲面几何模型的参数化建立， 方便了产品的设 计开发。
在离散和组装的过程中使用到 AutoCAD 和 UG 的强大绘图功能，在坐标变换的过程中 使用到 Matlab 的强大数值处理功能。
关键词：风力机叶片坐标变换翼型Matlab1引 言风力机依靠叶片捕获风能，为达到最佳气动性能，叶片具有复杂的气动外形。
在叶片的设计和制造过程中，进行 CAE 仿真和制作模具都需要叶片外形的几何模型。
叶片外形曲面复杂，但是有律可循，是由翼型族、弦长、扭角、相对厚度、参考轴位置 等参数来确定的。
本文通过坐标变换实现叶片外形几何的参数化建模。
2数据准备2.1 坐标系 本文采用的坐标系，如图 1 所示，X 轴由前缘指向后缘，Y轴由工作面指向气动面。
在 上风向顺时针风力机中，原点位于根端法兰圆心，X 轴为旋转平面与根端法兰平面的交线， 指向后缘，Y 轴在根端法兰平面内指向塔架，X、Y与 Z 轴组成笛卡尔右手坐标系。
2图 1 本文采用的坐标系2.2 翼型 不同站位的翼型选择是风力及叶片气动外形设计时首先要解决的关键问题。
设计叶片 时，要根据风力机叶片空气动力特性、结构特性和空间利用等方面的综合因素来选择翼型， 并沿站位方向（展向）进行合理配置。
所以在不同站位处的翼型不一样 [2] 。
一般需要为每种 叶片准备约 10 个不同相对厚度的翼型。
一个翼型族具有数个（一般为三五个）不同厚度的翼型。
但是对于这里的准备工作可能 不够多，要对已有的翼型修型得到足够多的（10 个）翼型。
修型一般采用厚度修型和弯度 修型方法。
另外需要对部分翼型进行后缘加厚处理 [2]。
本文要通过翼型的坐标变换来获得叶片曲面，首先的准备工作是将前述 10 个翼型都离 散成若干个坐标点。
以 S821 翼型为例[1]，在 AutoCAD 中以样条曲线绘出翼型后，使用菜单->绘图->点->定数等分，将上面(气动面)分为 499 份，下面(工作面)分为 500 份。
500W风力机叶片建模与仿真技研究
500W风力机叶片建模与仿真技研究一、研究背景随着全球对清洁能源的需求不断增加，风力发电作为一种环保、可持续的能源形式受到了越来越多的关注。
风力机是发电的核心部件，其中叶片作为风力机的“心脏”，其设计和制造直接关系到风力机的性能和效率。
因此，对风力机叶片的建模与仿真技术进行研究具有重要意义。
二、研究目的本研究旨在通过对500W风力机叶片的建模与仿真技术进行深入研究，探索如何提高叶片的设计效率和优化性能，为风力发电行业提供技术支持和指导。
三、研究内容1.对500W风力机叶片的设计要求进行分析，确定设计参数和技术指标。
2.根据设计参数和技术指标，采用CAD软件对叶片进行建模。
3.利用ANSYS等有限元分析软件对叶片进行强度、振动等仿真分析，验证叶片设计的合理性。
4.优化叶片结构设计，提高叶片的性能和效率。
5.通过仿真对比实验，验证优化后叶片的性能提升效果。
四、研究方法1.设计要求分析：通过文献调研和实地调查，了解500W风力机叶片的设计要求和技术指标。
2.建模：利用CAD软件对500W风力机叶片进行三维建模，包括叶片的外形、内部结构等。
3.仿真分析：利用有限元分析软件对叶片进行强度、振动等仿真分析，获取叶片在不同工况下的力学性能。
4.优化设计：根据仿真分析结果，对叶片结构进行优化设计，提高其性能和效率。
5.仿真对比实验：对比优化前后叶片的性能指标，验证优化效果。
五、研究意义1.提高500W风力机叶片设计的效率和准确性，节约设计时间和成本。
2.优化叶片结构，提高风力机的能量利用率和发电效率。
3.为未来更大功率风力机叶片设计提供参考和借鉴。
4.促进清洁能源行业的发展和技术进步。
六、结论通过对500W风力机叶片的建模与仿真技术研究，可以提高叶片设计的效率和准确性，优化叶片结构，提高风力机的性能和效率，为清洁能源领域的发展提供技术支持和指导。
希望本研究能够为风力发电行业的进一步发展做出贡献。
风力机桨叶的三维建模与动力学特性有限元计算
图 1 第一个叶素截面图 Fig.1 The first section of blade element
依此方法画出其余的 14 个截面，再按照数据 中所提供的扭角，以气动中心为定点进行扭转，得 到叶片的 15 个叶素截面的三维立体图（图 2）。
（a） 根部仰视图
（b） 叶片侧视图
图 2 叶素截面立体图 Fig.2 The stereograms of blade element
度 R=3.75 m。
选择翼型时， 叶根处一般选用相对较厚的翼
型以承受叶片运行时的应力， 并且能实现向叶根
处的圆形断面光滑过渡； 叶尖应选用相对较薄的
翼型以满足叶片的气动性能要求。因此，在靠近叶
根 处 选 用 NACA63-621 翼 型 ， 靠 近 叶 尖 处 选 用 FX66-S-196 翼型[3]。
的。 本文即通过 AutoCAD 三维建模和 ALGOR 有 限元计算，得到了风力机桨叶的固有频率、振动模 态以及频率谱响应分析结果。 1 基于 CAD 的桨叶三维实体建模 1.1 风力机桨叶建模方法
采用 AutoCAD 与 EXCEL 软件相结合的方法 进行风力机桨叶的三维建模， 主要包括以下几个 步 骤 ：①根 据 设 计 的 风 力 机 功 率 ， 计 算 风 轮 直 径 ，
图 3 风力机桨叶三维模型 Fig.3 3D model of wind turbine blade
2 桨叶动力学特性有限元分析方法
2.1 有限元分析理论方程
任何结构系统的运动均可表示为内力、 外力 和惯性力的平衡方程组[4]：
； ； 2M
··
2；u ；+ 2C
2u·Biblioteka + 2K 2；u ；= ；F（t） ；+ ；N ；+ ；Q ；
风力发电机叶片结构设计及其有限元(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%。
风力机桨叶的三维建模与动力学特性有限元计算
风力机桨叶的三维建模与动力学特性有限元计算摘要风力发电的快速发展带动了风力发电技术的不断发展和改进。
其中，风力机桨叶作为核心部件之一，其设计和优化将直接影响风力发电机组的性能。
本文采用有限元建模软件，对风力机桨叶的三维建模进行了研究，并对其动力学特性进行了计算分析。
研究结果表明，该测算方法对提高风力发电机组设计效率、降低产品开发成本具有积极的意义。
关键词：风力机桨叶；有限元建模；动力学特性；计算分析一、引言近年来，风力发电已成为可再生能源领域的极具前景的一项领域，全球各国纷纷推进了风力发电的研究、开发和生产。
其中，风力机桨叶是风力发电机组的核心部件之一，其设计和优化将直接影响风力发电机组的性能。
桨叶的设计不仅仅是单纯的长度和宽度问题，更注重的是提高发电机组的产能和稳定性、降低噪声和震动等方面问题。
传统的桨叶的设计方法多基于经验，设计人员不得不通过一次又一次的试验，寻找最优解，该方法不仅浪费时间和资源，而且效果受到很大限制和不确定性。
而现代化的桨叶设计方法采用了计算机模拟的方法，将复杂的模型化简成简单的三维模型，采用有限元计算求解出桨叶受力和振动等特性，从而实现结构件的设计和优化。
本文主要研究风力机桨叶的三维建模及其动力学特性的有限元计算分析。
研究结果表明，有限元建模方法能够有效提高风力发电机组的设计效率，降低设计成本。
二、风力机桨叶三维建模1、建模方法将风力机桨叶建模成简单的三维模型，可以大大降低有限元计算的计算量。
本文采用“曲线、旋转、抽象、布尔和拷贝”等3D建模的五大基本方法进行桨叶的建模。
2、参数设置为了便于计算和优化，设置某些与叶片设计有关的参数，如厚度、长度、宽度、扭矩等。
3、建模步骤将参数性质的曲线拟合建模，然后将三维模型按照一定的比例进行放缩。
最后，建立剖面样本，并将其旋转一定角度，形成实际的桨叶的形状。
图1 桨叶三维建模过程三、动力学特性有限元计算分析1、建立初始模型根据3D建模得到的桨叶模型，将其转化为CAD图形，并划分成若干个三角形单元。
风力机叶片有限元建模的两种方法
·48· 计算机应用技术 机械 2009年第1期 总第36卷————————————————收稿日期：2008－09－15风力机叶片有限元建模的两种方法阿荣其其格，刘文芝（内蒙古工业大学，内蒙古 呼和浩特 010061）摘要：风力机叶片模型复杂，其有限元模型的建立是其静力学与动力学有限元分析的瓶颈。
建立准确的几何模型是提高有限元计算结果的精确度的有效途径。
有限元ANSYS 的分析模型基本上可由两个途径得到，一是ANSYS 直接建模，二是其它三维软件模型导入ANSYS 。
通过研究有限元模型建立的两种方法，得到了ANSYS 直接建模的一种有效方法并讨论了CATIA 叶片模型导入ANSYS 时存在的问题及其解决方案，提高了叶片复杂模型建立的准确度与效率。
关键词：有限元；叶片；建模中图分类号：TK83 文献标识码：A 文章编号：1006－0316 (2009) 01－0048－03Two ways of finite element modeling of the wind turbine bladeA-RONG Qi-qi-ge ，LIU Wen-zhi(Ineer Mongolia University of Technology ，Huhhot 010061，China)Abstract ：Turbine blade is very complicated that the establishment of its finite element model is the bottleneck in static and dynamic finite element analysis. This paper gives two examples of the finite element modeling of wind turbine blade in ANSYS by means of 1.2 MW wind turbine blade. One is to modeling in ANSYS directly, and another is by importing CATIA model. These methods improved the accuracy and the efficiency of static and dynamic analysis. Key words ：ANSYS ；wind turbine blade ；modeling叶片是风力机的心脏部分，叶片设计的成功与否直接决定了风力机的设计。
(proe)风力机叶片设计与建模
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1 (+= %,, &-= ,)’ ) )--= --1 (’= -%’ &!= -*! ) )--= ---
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叶片各叶素分布图
) 1 ))= (,% &(= !’’ ) )--= --# 图! "#$ 文件示意图
利用 .E@ 8 6 中的高级曲面功能即可 直接读入记录有数据点信息的 "#$ 格式
文件， 自动混合成曲面模型， 封闭模型后， 即可转换为 实体模型。 "#$ 文件是 .E@ 8 6 中的一种曲线文件格式， 其主要功能 就是通过一个截面中的 两点定义一条直 线， 两个以上的点定义一个样条， 也可以同时定义不同 截面上的曲线， 而且可以重新定义由文件创建的基准 曲线， 也可以通过裁剪或分割其它曲线来生成 "#$ 文 件。 为了生成闭合曲线， 在文件开端应添加供 .E@ 8 6 识别的命令行， 即： 在每个截面的数据 2?@ABC DE>?BFGHI。 【JBGKF AB>HK@FL 截面编号 】 【JBGKF >MENBL 曲 前应标注 和 把翼型 线编号 】 。 叶片翼型截面对应于 "#$ 文件截面， 截面上下曲线作 为 一 条 闭合 曲 线 对 应于 "#$ 文件 截 面 中的 曲线 ， 故每 个截 面 只有 一条 曲 线。 在 TU0$U# 编程生成的记事本文件中， 添加上述命令符后另存为 即可被 .E@ 8 6 直接读入。 本文建模数据形成 "#$ 文件， 的 "#$ 格式文件如图!所示。 ‘ 插入基准曲线 ’ 利用从 —— — ‘ 自文件 ’ —— — ‘ 选坐 可看到各叶素的分布图 标系 ’ 的步骤， 插入 "#$ 文件， （如图)） （如图( ） 及 & 向叶素截面叠加图 。 ‘边界混合工具 ’ 再利用 ， 依次选取各叶素曲线， 得 到叶片曲面。 如图 *所示。 :)< 最后， 经过对两端曲面的封闭及实体化， 就得到叶 片的三维实体模型。 如图+ 所示。 :(<
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[1] 陈余岳.大型风力机玻璃钢叶片设计[J].玻璃钢/复合材 料，1998，(4)：17-20.
[2] Bechly ME, Clausen PD. Structural design of a composite wind turbine blade using finite element analysis[J]. Computer Structures, 1997, 63(3): 639-646.
plot(Book1,y,'b')
th=-0.003490658;
x1=Book1*cos(th)-y*sin(th)
y1=y*cos(th)+Book1*sin(th)
plot(x1,y1,'r') 2.3 绘制叶片实体
在 Pro/E 中建新零件，默认坐标系与基准平面。 在 Pro/E 中依次选择“插入” → “模型基准” → “曲 线” → 选择“自文件” → “完成”，再选择曲线所参 照的坐标系，打开.ibl 文件，点击“确定”即可得到各 截面外轮廓线，最后再由“边界混合”得到叶片实体 图如图 3 所示。
⎢ ⎢ ⎢⎣
y
'
⎥ ⎥
r ⎥⎦
，其中
⎧ x'
⎨ ⎩
y
'
= =
xl yl
为了保证曲线拟合的精确性，每个叶素截面上均取
38 个点,而每个点有三个坐标，且整个叶片分成 6 个叶素，所以要完成坐标转换，必须依赖软件计算
实现。Matlab 即“矩阵实验室”（Matrix Laboratory）， 具有强大的数值计算功能。而且通过 Matlab 计算得 出的数据文件可以存储成 Pro/E 能够识别的.ibl 文 件，在做实体建模时可由其与 Pro/E 的接口直接导 入。以某一扭转角为例，Matlab 程序如下：
Preprocessor → Modeling → Operate 对模型进行 一定的修改，直到满足要求。 2.3 设置材料参数
材料参数设置包括选取合适的单元类型、设置单 元截面和材料性能参数。
该叶片整体是由外蒙皮、腹板、主梁三部分组成， 采用复合材料层叠壳 181 单元类型。
壳 181 单元截面定义一般步骤为：先定义截面及 其相关的截面号码，接着定义截面几何数据。这样
[3] 张春丽. 复合材料风力机叶片结构设计. 硕士论文. 北 京:航空航天与力学学院, 2007.
[4] Kong C, Bang J, Sugiyama Y. Structural investigation of compositewind turbine blade considering various load cases and fatigue life[J]. Energy, 2005, 30: 2101-2114.
本文采用的风力机叶片总体性能参数：风轮直径 50 m, 叶片长 25 m；叶片的额定功率为 1 MW；翼 型采用 NA63A61x 系列；最大弦长为 2.23 m；叶尖 弦长为 0.7 m，叶根圆直径为 1.5 m。由于该扭曲的 叶片外形较复杂，本文将整个叶片分成 6 个叶素。
经计算得各弦长和扭转角如图 1 所示，图中菱 形代表弦长，正方形代表扭转角。叶片翼形如图 2
叶片在根部受固定约束，其他部分为自由状态， 其在自重作用下的位移如图 5 所示。结果表明位移 从根部至叶尖逐渐增大，最大位移为 0.184 m。叶片 自重作用下的总弹性应变如图 6 所示。最大应变位 于叶片根部，应变值小于 2000 微应变。该结果与实 验结果比较相近。
图 6 叶片等效应变场等值线图 Fig.6 The contour of equivalent strain of the blade
所示。
图 1 弦长和扭转角分布图 Fig.1 The distribution of the chord and torsion angle
图 2 叶片翼型 Fig.2 The blade airfoil
2.3 数据准备 先从 profili 中读出各个截面上离散点的坐标
(x, y) ,再求解以气动中心为原点的离散点的坐标 (x ', y ') ,最后将坐标系旋转一定角度，即可得点的 空间坐标 (x '', y '', z) ，用矩阵形式可表示为：
可以直观定义层的厚度、材料、铺层角等。材料铺
层参照文献[3,4]，如表 2 所示。其中 A：[ 0D ]板，厚 度为 1.2×10-3 m；B：[ ±45D ]角，厚度为 0.6×10-3 m； C：( 0D 90D )角，厚度为 2×10-3 m。A、B、C 三种
材料性能参数如表 3 所示。
编号
表 2 材料铺层设计方案
2 叶片有限元分析 在 ANSYS 中建立风力机叶片有限元模型大致可
分为三步，即导入叶片实体模型、设置材料参数以 及划分网格。 2.1 实体模型导入
将在 Pro/E 中生成的实体模型存储为 ANSYS 能识别的 IGES 文件，利用其与 ANSYS 接口将模型 导入。具体的 GUI 操作命令为：Untility Menu → file → Import → IGES ， 接 着 运 用 以 下 三 步 骤
MODELING AND CALCULATION OF WIND TURBINE BLADE USING CAD AND CAE
Jinfan Fei Xiaoyu Zhang Zhuoqiu Li Dong Liu
(Science College, Wuhan University of Technology, Wuhan, 430070 )
摘 要 大型风力机叶片外形复杂多变，用有限元计算之前建立一个准确的三维实体模型是关键。而 CAE 的建模功能却是分析的瓶颈，就需要在建模功能更为强大和方便的 CAD 环境中进行建模工作。本文以 25m 风力 机叶片为例，先在 CAD 中建立精确的叶片实体模型，再将模型导入 CAE 中进行分析。这样能大大简化工作量， 为后续计算提供基础。
关键词 风力机叶片，CAD，实体建模，CAE，有限元建模
0 引言 能源是人类社会发展不可缺少的三大动力之一。
现今石油、煤炭等化学燃料正慢慢的消失殆尽。寻 求一种能够替代以上能源的新型并且可再生的能源 是当务之急。目前在可再生能源中,除水电以外,风电 最具有商业开发条件。风力机正是可以将风能转化 为电能的重要工具。而风力机叶片是风力机的核心 部件,是风力机进行能量转换的重要组成部分[1]。然 而,为了更有效的捕捉风能，叶片往往都采用复杂多 变的气动外形。同时现今的高性能风力机叶片都采 用玻璃纤维或碳纤维复合材料铺层结构制造而成, 如何能在建模中准确的表达它的铺层结构也成为对 叶片建模的一大重点和难点[2]。ANSYS 作为最通用 的 CAE 软件，虽具有全面并强大的计算分析功能， 但是一旦遇上复杂多变的模型，它建模的局限性便 显现无疑。而在做计算分析前，建立准确的模型是 前提。Pro/E 是一种拥有强大绘图功能的 CAD 软件， 特别是对于形状复杂的实例，它更是解决问题的关 键。 1 叶片 CAD 实体建模
* 通讯作者: Tel：15926425626 Email:feijinfan@
专辑
费金凡等：风力机叶片 CAD 与 CAE 结合建模计算
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⎡ x" ⎤ ⎡cosθ
⎢ ⎢
y"
⎥ ⎥
=
⎢ ⎢
sin θ
⎢⎣ z ⎥⎦ ⎢⎣ 0
− sinθ cosθ
0
0⎤ ⎡x' ⎤
0⎥⎥ 1⎥⎦
表 3 材料性能参数
Table3 The material property parameters
材 Ex
料 (GPa)
Ey
(GPa)
G xy
(GPa)
ν xyρ(g/cm3) NhomakorabeaA
40
8
15.3
0.3
1.8
B
25
15
9.6
0.3
1.8
C
40
8
15.3
0.3
1.8
图 3 叶片实体模型 Fig.3 The solid model of the blade
第 29 卷 专 辑 2008 年 12 月
固体力学学报 CHINESE JOURNAL OF SOLID MECHANICS
Vol.29 S.Issue December 2008
风力机叶片 CAD 与 CAE 结合建模计算
费金凡* 张小玉 李卓球 刘 冬
（武汉理工大学理学院，武汉，430070）
图 5 叶片等效位移场等值线图 Fig.5 The contour of equivalent displacement of the blade
3 结语 本文先在 CAD 软件 Pro/E 中建立了风力机叶片
的实体模型，再导入 CAE 软件 ANSYS 中进行有限 元计算，计算风力机叶片在自重载荷下的叶尖变形 与实验测试结果基本一致。 本文所做工作表明结合 CAD 与 CAE 软件对风力机叶片进行建模计算能大 大减少工作量，并且能为后续的叶片强度、稳定性 等计算打好基础。
图 4 叶片有限元模型 Fig.4 The finite element model of blade
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固体力学学报
2008 年第 29 卷
2.3 网格划分 由于叶片形状的复杂性，叶片不同位置处单元
属性、材料性能都不相同，所以应分段划分网格。 划分好网格后应检查划分结果好坏，以免为后面的 计算造成影响。风力机叶片有限元模型如图 4 所示。 2.4 结果分析
Key words wind turbine blade, CAD, solidwork, CAE, FEM