1MW变速恒频风力机复合材料叶片设计

1MW风力机组研制是国家"十五"863"项目。我们承担了玻璃钢叶片设计。玻璃钢叶片是风力机组的关键部件之一。我们按照国家风力机组风轮叶片标准,制定了叶片设计的荷载工况、荷载局部安全系数与材料局部安全系数,并根据标准的要求进行了叶片荷载计算、强度与变形计算、疲劳分析、频率计算和屈曲稳定计算。叶片设计表明,叶片的结构性能满足机组的技术要求。     

基于有限元的四旋翼无人机碳纤维结构优化设计与固有模态分析

根据消费级四旋翼无人机性能要求,设计了一款质量轻、强度高、航时长、构型简洁的全碳纤维结构消费级四旋翼无人机。建立了四旋翼无人机结构有限元模型,对额定载荷下无人机的结构应力进行了分析。基于最大应力强度准则,对无人机结构强度进行了校核。分析了结构的稳定性,计算了初始结构失稳临界载荷和失稳模态。基于最小重量要求对无人机初始结构的碳纤维铺层进行了优化设计。对优化后的结构进行了固有振动分析,给出了结构的前四阶固有频率和振动模态。优化后的结构在2 g过载下,极限载荷是最大使用载荷的2.57倍,失稳临界载荷是最大载荷的2.09倍,满足设计目标和要求。优化后的结构重量减少了21%,降低为108.6 g,有效载荷约为机体结构重量的3倍。     

风力机叶片结构强度复合材料力学分析方法研究

截面结构强度分析校核方法是风力机叶片设计优化的关键问题。针对现有的叶片工程力学计算方法精度不高、有限元分析方法计算开销较大的问题,在研究风力机复合材料叶片结构设计模型的基础上,基于复合材料力学理论,推导出计算叶片截面周向各处拉伸和剪切应变的计算公式;在叶片生命周期内的极限载荷下,对某1.5 MW叶片进行了结构强度计算和分析,通过与该叶片在当量极限载荷下的测试结果对比,验证了所述方法的有效性。     

风力机叶片的结构分析与铺层优化设计

 风力机叶片的结构分析是叶片设计中的关键环节之一。本文利用有限元法对750kW叶片进行结构动力学和静 力学分析,并在分析的基础上对叶片结构铺层进行优化设计,对比优化前后的分析结果,证明了结构优化设计的有 效性与可靠性。这对于更大尺寸的叶片结构分析与铺层优化设计具有一定的参考价值。     

基于等强度设计原则的车载氧舱加强筋合理化设计

对方形车载氧舱的加强筋合理设计问题进行研究，提出了基于极限分析的等强度设计方法，即根据极限载荷分析确定强度薄弱区域并设置加强筋，不断重复直至结构满足强度要求。结果表明，和根据工程经验设计的原氧舱加强筋相比，按此方法设置的加强筋重量减少27.64%时，车载氧舱极限载荷值大于工作压力对应的许用极限载荷值，满足了氧舱结构承载要求。研究也表明：在薄壁结构上依据等强度原则逐渐设置和优化加强筋的方法既可以满足强度要求，又能较大程度地减轻加强筋重量，在工程上是可行且合理的。     

飞艇吊舱的综合优化设计

通过对飞艇吊舱外挂结构特性的分析,以吊舱重量轻和制造成本低为设计目标,在对材料选取、结构布局和结构细节设计等方面进行综合优化设计。并通过有限元分析和静力试验对优化后的舱体结构进行静强度、刚度验证。计算及试验结果表明飞艇吊舱满足强度、刚度设计要求,结构重量比予定重量节省10%,从而可以增加有效任务载荷或减少浮囊体积。     

循环氮气鼓风机改型关键技术及运行效果

循环氮气鼓风机原采用进口罗茨鼓风机,因机械密封故障频发,严重影响装置的运行,同时罗茨鼓风机运行噪音大,污染环境,需对原机组进行改型。机械密封频繁损坏,对机封进行国产化改造,未收到良好效果,对机械密封损坏形态进行分析,确认罗茨鼓风机不适应催化剂粉尘的工作状况。对离心风机结构、特点进行分析,经过调研,将罗茨鼓风机改型为闭式后弯叶片离心风机。在现场试运行中,改型鼓风机出现振动大,处理后振动消除。经运行验证,改型鼓风机故障率低,轴封不易损坏、寿命长,机组可靠性高,机组噪音小,机组改型获得成功。     

裂解气压缩机驱动用汽轮机第4级事故动叶片的改型设计

针对某化工动力透平的事故叶片在事故分析的基础上进行改型设计。改型设计中针对叶片、轮缘的结构特点,提出了多种行之有效的改型措施,并在常规强度计算对方案进行选择的基础上,通过有限无法获得结构簿弱环节的详细应力资料,有效保证了新设计叶片的安全性。实际运行结果表明,改型后的叶片运行是安全的。     

基于ANSYS的聚氨酯发泡机搅拌器结构设计及优化

为解决现有聚氨酯发泡机原料搅拌器因笨重而引起功率和材料的浪费、搅拌效率低等问题，采用响应面分析法对聚氨酯料罐内搅拌器进行结构轻量化设计。设计了一种四叶平直叶开启式涡轮搅拌器，以其搅拌轴和搅拌叶片为主要研究对象。首先，将UG＿NX建立的几何结构导入ANSYS中对两者进行有限元静力学分析。根据搅拌器的实际工况，分别施加力与载荷后，求解得到变形图和等效应力图。其次，在静力学分析的基础上对叶片进行响应面分析。以质量最小为优化目标，叶片的厚度和宽度为设计变量，叶片在对应的力与载荷条件下所受的应力与变形为约束条件，最后求解得到质量最小且满足应力、应变条件下所对应的最优结构尺寸方案。最后，为避免搅拌轴发生共振，对搅拌轴进行模态分析，得到其前六阶的振型和固有频率。最终仿真结果表明，叶片质量减少为原来的31%，且最大变形仅为0.035 mm，最大等效应力为7.52 MPa。证明采用响应面分析法对搅拌轴及叶片的结构进行轻量化设计能够满足强度要求。     

基于Moldflow和ANSYS Workbench的塑料按键注塑成型优化分析

以某款平板产品上的塑料按键为例,经前期分析,原设计方案注塑加工过程中易造成残余应力过大的问题。通过设计两种结构方案,分别进行Moldflow和ANSYS Workbench仿真分析,确立方案二为最优设计方案。通过L16(44)正交试验,对工艺参数进行优化。优化后方案二的最大残余应力为26.75 MPa。经仿真分析,方案二的按键力在设计要求范围内。通过优化分析,能够避免产品因残余应力过大,出现变形、开裂、强度不足等情况,对同类型产品在注塑成型分析及应用具有一定的借鉴意义。     

合成气压缩机组汽轮机末级叶片断裂原因分析及应对

河南晋开化工投资控股集团有限责任公司二分公司2×600 kt/a合成氨装置有4台抽凝式汽轮机拖动的合成气压缩机,2018年5月19日,正处于满负荷运行的1台合成气压缩机(7#机组)突然跳车,经检查发现,其汽轮机末级叶轮有1个叶片断裂,并且损伤了相连的多个叶片。结合生产实际及历史运行数据,分析与探究汽轮机末级叶片断裂的原因。7#机组汽轮机转子返回原厂家修复后,根据汽轮机末级叶片断裂原因的分析,对汽轮机的运行进行了多项优化,并制定了减少外界因素对汽轮机叶片造成影响的防范措施,以保证机组的长周期、稳定运行,从而助力整个合成氨装置的稳定运行。     

2MW风机叶片梁帽与腹板的强度优化设计

近年来,遗传算法发展成为一种比较普及的优化算法,遗传算法的主要特点是:稳定性好、通用性强、全局收敛性较优。在本篇论文中,比较详细地描述了遗传算法的优化机理,而且在大型风机复合材料叶片的梁帽与腹板的强度优化设计中应用了遗传算法的优化机理。考虑到层压板的结构参数具有离散型特征,所以在复合材料层压板结构优化设计中应用遗传算法时,适宜地提出了整数编码策略,使用整数编码策略来进行复合材料层压结构的遗传算法优化设计。所谓整数编码,即复合材料层压结构的参数用整数来表征。使用整数编码策略的主要优点有:直观、方便、遗传算法的交叉、变异操作比较容易地进行。在此之外,还构造了适应度函数以用于遗传算法,最终达到了叶片梁帽和腹板结构强度优化的目标。本论文展示了基于遗传算法的大型风机复合材料叶片梁帽与腹板的强度优化设计的诸多优势。想要进行强度优化设计,首先要深入理解力学原理,同时也要掌握数值计算方法。在深入了解单层复合材料与叠层复合材料的弹性理论基础,以及在仔细研究改进的遗传算法优化理论基础之上,设定了一定的铺层规则,仅将工程中常用的四种角度作为限定的铺层角度,应用遗传算法对2MW风机复合材料叶片的梁帽和腹板进行了强度优化设计。本文的最后计算结果表明,由于遗传算法在处理离散型问题方面的特有优势,故在2MW风机叶片的梁帽和腹板的强度优化设计中,使用遗传算法进行强度优化设计是可行和可信的。     

导向管结构优化对比分析

目前油田通常采用柔性钻具来实施钻水平井,导向管是柔性钻具中的重要部件,它起导向和控制井眼轨迹的作用,其结构尺寸设计直接影响钻具弯曲和造斜能力,影响超短半径水平井钻井的成功,综合考虑导向管易弯曲能力、井眼轨道控制能力及井下工作安全性还没有系统的理论设计方法。本文采用理论分析和数值模拟相结合的方法,对导向管原结构和优化后结构进行强度评价,此研究具有重要的工程应用价值。本文考虑导向管实际结构,对其原结构和优化后结构建立有限元模型,采用有限元分析方法对两种结构进行有限元计算,得出结论为优化后结构比原结构更加合理,并得出关键参数(导向管中心线夹角、竖缝宽度)对最大等效应力影响规律。本研究成果为导向管的设计提供理论指导,为超短半径水平井的成功钻进提供必要的工具支持。     

风力机叶片设计和三维实体建模研究

叶片在风电机组中起着关键性的作用,在很大程度上决定了整机的性能。为使风电机组获得最大的气动效率,对动量-叶素理论进行了改进,研究了叶片设计的一般步骤和方法。为满足叶片的气动连续性要求,提出了放射线拟合法来实现叶片表面的光滑过渡。然后依据坐标变换原理将叶片翼型的二维坐标转变为空间三维坐标,最后通过ANSYS软件对叶片进行光滑三维实体建模,为叶片外形的进一步修正及分析奠定了基础。     

驱动用小汽轮机汽缸汽密性分析及结构优化

对某小型汽轮机汽缸建立三维有限元模型,应用ANSYS软件进行强度和汽密性分析。分析结果表明,原汽缸在前后缸接缸处的中分面密封性不理想,针对该部分结构进行优化改进,在此区域增加凸台并布置螺栓,计算结果表明,改进后的汽缸密封性有较大的提高,能够达到密封要求。     

螺旋式轮胎定型硫化机轴承座的有限元分析及结构改进

对螺旋式轮胎定型硫化机轴承座的结构进行改进,并对改进后的结构进行有限元分析。轴承座改进后方便了安装和拆卸,并解决了原结构在硫化机过载时不能卸荷的问题。有限元分析结果表明,改进后的轴承座和压盖均满足强度要求,选择12个M30螺栓进行联接能满足使用要求。     

焦炭塔卡扎里密封垫圈结构优化设计

利用有限元分析软件ANSYS,对卡扎里密封垫圈进行应力分析及结构优化。在满足强度要求的情况下,以密封面的接触压力最大化为优化目标。对比优化前后的接触压力分布,得到了最合理的结构形式及尺寸,为卡扎里垫圈的结构优化设计提供了依据。     

前机盖复合材料轻量化设计及优化研究

长玻纤增强热塑性复合材料(LFT)是一种优异的轻量化材料,在汽车零部件中的应用具有广泛前景。汽车前机盖通常采用钢质材料制造,为实现轻量化要求,可采用LFT材料进行设计开发。但LFT材料与钢制材料在刚度、强度方面均存在较大差异,需进行结构设计和优化,在实现轻量化的同时满足结构刚度要求。由此,对复合材料前机盖的结构设计、优化进行了研究,开展了CAE分析验证,并对比分析宝马i3前机盖性能,提出了复合材料前机盖的设计方向。结果表明,复合材料前机盖与原钢制前机盖相比较,其弯曲刚度、扭转刚度达原钢制前机盖的80%,质量较原前机盖减少30个百分点。     

碳纤维船用螺旋桨叶片疲劳性能试验研究

在船用可回转推进器结构设计方案的基础上,完成了碳纤维复合材料叶片的设计制造。结合计算流体动力学(Computational Fluid Dynamics,简称"CFD")方法获得了复合材料螺旋桨叶片的等效最大设计载荷,最后通过设计相应的试验装置对复合材料叶片进行了疲劳寿命与剩余强度的试验。研究结果表明,在经过百万次疲劳载荷作用后,叶片无肉眼可见损伤,叶片的剩余强度远大于极限载荷,该复合材料螺旋桨叶片的材料结构设计与制造工艺满足工程使用要求。     

风电叶片静力试验配载优化与验证

风电叶片静力试验是验证叶片结构强度的有效方法。在叶片静力试验过程中,叶片加载方案通常基于叶片原有几何形状制定,然而当叶片受力发生较大变形时,尤其是挥舞工况,试验叶片上的加载点会出现展向位置以及加载力方向角的变化,从而导致试验载荷和给定的叶片各截面设计载荷不匹配,叶片的结构强度在部分区域或未能通过试验得到充分验证。本文提出如何在叶片静力试验仿真模型中考虑大变形的影响及叶片大变形之后各截面的弯矩计算方法,同时提出等刚度梁模型以高效率地得到优化配载方案,最后通过典型的叶片静力试验来验证优化后配载方案的可行性与准确性。