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风力机部件在风荷载下的响应及疲劳分析

风力机部件在风荷载下的响应及疲劳分析

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作者：徐国阳兰州理工大学

学位级别：硕士

绿色能源在国家安全与发展中的地位日益提升,风力发电机已经成为当下社会关注的焦点。风力机所处工作环境恶劣,受到来自各个方向的随机风荷载,其外形特征以及荷载特性决定了疲劳破坏是其主要的破坏形式,风力机各主要部件的疲劳寿命影响... 详细信息

绿色能源在国家安全与发展中的地位日益提升,风力发电机已经成为当下社会关注的焦点。风力机所处工作环境恶劣,受到来自各个方向的随机风荷载,其外形特征以及荷载特性决定了疲劳破坏是其主要的破坏形式,风力机各主要部件的疲劳寿命影响风力机的整体寿命,因此对风力机各主要部件进行响应以及疲劳分析具有重要意义。本文介绍了平均风和脉动风的概念以及相关特性,研究风对结构的作用,建立了1.5MW水平轴风力机叶片、塔架、轮毂的有限元模型,模拟得到脉动风速时程,利用风速风压关系得到风压时程,数值计算得到风力机各部件在风荷载下的应力、位移响应,对风力机的疲劳寿命进行估计,主要工作如下:1.建立了风力机叶片运行至不同位置的有限元模型,根据Betz理论得到风力机所受等效静力风荷载,考虑重力荷载和转动角速度的作用,选取叶片运行至位置1计算其在三种不同荷载情况下的响应,并对结果进行分析。2.考虑风荷载、重力荷载和转动角速度影响的情况,加载至叶片三种不同位置,利用ANSYS的静力分析功能计算三种不同位置处的应力和位移,并对结果进行对比。3.采用线性滤波法模拟脉动风荷载,确定叶片的热点位置,根据风速风压转换关系得到风压时程,用有限元软件ANSYS计算得到叶片在脉动风压下的响应。4.介绍疲劳累积损伤理论和疲劳曲线的概念,分别建立底部刚性连接、考虑桩基刚度的塔架模型以及轮毂模型,采用Weibull分布函数模拟风速分布情况,采用Miner线性累积损伤法则,对叶片根部翼型曲线上五个热点位置、塔架根部以及轮毂的疲劳寿命分别进行计算。

关键词：风力机部件风荷载动力响应疲劳分析 ANSYS仿真

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