计及蜂窝芯层的垂直轴风力机叶片主梁结构优化设计

针对主梁采用蜂窝芯层后垂直轴风力机叶片会出现重量激增的问题,提出通过主梁的结构优化来达到叶片轻量化设计的目的。利用Fluent软件计算叶片的气动力,应用多项式拟合分别建立主梁结构参数与叶片的质量、最大等效应力的响应面方程;以叶片的质量最小为设计目标,利用遗传算法优化腹板的位置和厚度以及蜂窝芯层的厚度、胞元斜壁长,研究优化前后叶片在额定工况下最大的位移、应力和应变。结果表明：优化后叶片的质量减少了8.14%,且位移、应力和应变分别减少3.92%、29.39%和35.32%,结构性能得到明显提高。     

风力机叶片复合材料雷击损伤特性研究

随着风电产业的快速发展,风机遭受雷击问题愈发突出,近年来国内外对此进行了大量研究.为了研究风机叶片在遭受雷击时材料的损伤机理和规律,采用了目前风机叶片最广泛使用的玻璃纤维增强复合材料(Glass Fiber Reinforced Polymers,GFRP)制成的层合板,在不同电流参数、材料厚度及材料铺层方式的条件下,开展了风机叶片人工雷击损伤试验.通过现场试验及总结分析,发现了纤维损伤面积与电流峰值及电流作用积分呈正相关,与材料厚度呈负相关的规律.同时,在[0°/±45°/0°]、[90°/0°]3层、[0°/90°]3层这3种铺层方式下,铺层方式为[0°/±45°/0°]的复合材料层合板损伤面积最小,显示了其铺层方式的优越性.     

风力机复合材料叶片流固耦合分析

为了给风力机叶片优化设计及研发工作提供准确的数据,减少成品的开发周期,降低成本,并保证风力机的安全运行,提出一种针对铺层后风力机风轮及叶片并利用ANSYS Workbench进行单向流固耦合分析的方法.主要在传统翼型NACA4412模型下进行叶片建模改进,应用铺层设计把叶梢、叶根、展向等改成渐变式厚度并进行流固耦合分析.数值模拟结果表明:叶片在风速13 m/s时叶尖部分压力最大,此时叶片弦长及其厚度处于最小状态,叶片中部靠近叶片前缘的位置为应力最大处.     

玻璃钢层合板等强度设计在叶片上的应用

本文根据文献[1]所提出的优化理论,对玻璃钢产品设计中最常用的三种层合板[无纺布0°/1:1布90°/1:1布45°]、[7:1布0°/1:1布90°/1:1布45°]、[4:1布0°/1:1布90°/1:1布45°]作了较详细的分析,提出了一个直观简便的设计方法,它对文献[2]所述的方法是一个改进,在500型冷却塔玻璃钢风机叶片设计中采用了此方法,对类似的薄壁结构也可用该法进行。为了便于工程设计使用,用FORTRAN语言编写了二个计算机程序,并均在IBM-PC机进行了验证。     

玻璃钢层合板等强度设计在叶片上的应用

本文根据文献〔1〕所提出的优化理论,对玻璃钢产品设计中最常用的三种层合板〔无纺布0°/1:1布90°/1:1布45°〕、〔7:1布0°/1:1布90°/1:1布45°〕、〔4:1布0°/1:1布90°/1:1布45°〕作了较详细的分析,提出了一个直观简便的设计方法,它对文献〔2〕所述的方法是一个改进,在500型冷却塔玻璃钢风机叶片设计中采用了此方法,对类似的薄壁结构也可用该法进行。为了便于工程设计使用,用 FORTRAN 语言编写了二个计算机程序,并均在 IBM-PC 机进行了验证。     

基于自适应遗传算法的复合材料层合板铺层顺序优化设计

分析了杂交概率和突变概率对遗传算法收敛性的影响,提出了一种自适应遗传算法,并利用该方法研究了复合材料层合板的铺层顺序优化设计问题。算例结果表明,提出的复合材料层合板铺层顺序优化设计方法能够明显的提高计算效率。     

含分层复合材料层合板的高阶有限元分析方法

本文以勒让德多项式逼近位移场沿板厚度方向的变化规律，考虑了含分层损伤复合材料层合板分层区域的横向剪应力分布，对层合板分层区域的刚度进行了修正，并在此基础上建立了分层损伤复合材料层合板的高阶有限元模型，编制了相应的计算程序，分析了分层损伤对复合材料层合板合板弯曲变形和应力的影响。     

5 MW风力机叶片弯扭耦合特性分析

疲劳载荷是影响风力机叶片运行寿命的重要载荷,利用叶片固有特性之一的弯扭耦合特性,是降低叶片疲劳载荷的重要方式之一.采用有限元方法研究了5 MW风力机叶片的弯扭耦合特性,给出了在相同载荷作用下,梁帽不同铺层角度、不同铺层材料和叶片不同主梁结构的叶片扭转角度、摆振方向弯曲角度和耦合系数的分布规律.结果表明,铺层角度、叶片材料及内部结构都是影响叶片的弯扭耦合特性的重要因素.     

基于有限元模拟的碳纤维复合材料层合板拉伸失效机理分析

碳纤维增强树脂复合材料(CFRP)具有高比强度、良好的耐腐蚀性,在汽车轻量化研究中受到很大重视。设计了三种不同铺层方式的碳纤维增强环氧树脂复合材料层合板(单向铺层([0°]₈),各向同性铺层([0₂/45₂/90₂/-45₂]_s),有取向铺层([0/45₂/90/-45₂/0₂]_s)),研究其拉伸破坏形式,并结合有限元模拟进行分析验证。结果表明,拉伸强度与模量主要取决于层合板中沿拉伸方向排列的纤维层数量占比,占比越高,拉伸强度与模量越大。不同角度铺层呈现不同破坏形式,断裂时0°层纤维与基体均发生破坏;±45°层与90°层断裂主要以基体开裂为主;层间结合较好的情况下,0°层和90°层会受到相邻±45°层的影响发生剪切破坏。有限元模拟结果与试验结果匹配度较高,为后续建立汽车零件级产品失效模式评估系统奠定了基础。     

风力发电机叶片建模及有限元分析

选取小型风力发电机叶片为研究对象,根据翼型参数和叶片几何参数,利用相应的建模软件,生成三维模型.然后将其导入有限元分析软件ANSYS中,建立有限元模型.通过施加风力载荷,对叶片的多种应力及位移进行了分析,并与其材料拉伸强度和安全位移进行了比较,实验结果验证了叶片有限元建模的有效性及叶片在实际工作中的安全性.     

海上随机风速作用下风力机叶片动力响应分析

通过自行编制的Davenport风谱程序建立了更加贴近实际工况的风场,以UG建立的叶片三维实体模型为研究对象,对海上随机风速作用下风力机叶片的位移和应力响应进行了数值模拟与分析.结果表明:叶片最大挥舞振幅及其承受的最大Mises应力均随平均风速的增加而增大;最大挥舞振幅沿翼展方向呈非线性增大趋势,并在叶尖处达到振幅最大;最大Mises应力出现在叶片中部靠近前缘的位置,而在叶根和叶尖部位相对较小.     

强度计算与汽轮机叶片断裂事故分析

通过对某电厂9#机叶片断裂事故分析和叶片强度详细计算,找出叶片断裂原因并提出限负荷运行方案,在同类型机组上具有广泛推广价值.     

虚拟修模技术在涡轮叶片模具优化设计中的应用研究

为了提高涡轮叶片的成形质量,减少模具的修模次数,提出了一种基于反变形原理的虚拟修模方法。通过使用P ROCAST软件对涡轮叶片铸造过程进行仿真,利用有限元模型计算涡轮叶片的精铸位移场,建立基于位移场的虚拟修模方法,并使用该方法对模具进行优化设计,经涡轮叶片模具设计仿真实验验证,所采用的方法取得了良好的效果,可初步应用于模具的优化设计。     

大型风力机叶片三维建模及模态分析

对大型风力机叶片开展了三维建模和模态分析。先确定叶片几何参数,再将其翼型平面坐标转换为空间坐标,并通过Proe生成叶片三维几何模型。采用模态提取方法 Block Lanczos法对叶片进行模态分析,得出了叶片的前10阶模态,结果显示叶片的主要振动形式为挥舞和摆振,有较强的抗扭转能力,设计中应加强叶片的弯曲刚度。这为大型风力机叶片的设计和优化提供参考。     

风力发电机叶片固有振动特性的有限元分析

以一农用风力机叶片为例,应用有限元方法对叶片进行了合理的简化,建立了叶片的振动方程.同时应用大型有限元分析软件AN SY S对其振动进行了分析,考虑了挥舞振动、摆振振动和扭转振动等3种情况,分别计算了实心和空心叶片的前十阶固有频率和振型,且对空心和实心叶片进行了比较.分析了各阶固有频率和振型的特点以及不同形式的振动对叶片的不利影响,分析方法和结果对风力发电机的结构设计和进一步动力分析有一定的参考价值.     

烟机叶轮的计算模型研究与强度分析

烟气轮机结构设计的关键是准确计算叶轮强度。采用数值模拟仿真的方法,通过有限元软件ABAQUS计算叶轮强度,计算内容包括叶轮的动静强度。物理模型选取叶轮的1/66,静强度计算结果显示最大应力发生在叶身底部背弧的中心位置,这与实际运行现场发生断裂故障一致,说明进行叶轮的静强度有限元数值计算时在保证网格质量的前提下必须考虑叶根与榫槽接合面之间非线性接触效应,而且接触部位的网格需用六面体网格。动频数值计算时,分别对2种约束形式下的模型进行计算,结果表明固定叶根情况下动频与考虑接触效应动频之间的差异主要体现在一阶模态上。强度分析表明该型号烟机的叶轮强度满足要求,对烟机叶轮的叶型设计具有指导意义。     

风力发电机叶片根部的有限元建模研究

研究了建立复杂层合结构有限元模型的方法.考虑到复合材料叶片根部结构具有重复铺层的特点,用子层刚度方法计算了其等效材料性能;采用ANSYS有限元软件按单一材料建立了根部的有限元模型,并讨论了载荷对边界条件和螺母-孔接触状态的影响.计算的[0°/±45°]三向层合板等效模量E1与实验值吻合良好;分别按等效模型和层合单元模型进行数值模拟所得到的位移误差很小,表明该方法具有较高的精度.所建立的模型可用于根部结构的受力分析.     

威布尔分布风速下基于遗传算法的风力机叶片优化设计

考虑了风速的威布尔(Weibull)分布,以年发电量最大为目标函数,运用遗传算法对某1.5 MW风力发电机叶片的气动性能进行了优化设计:将叶片沿展向分为13段,以每段的功率作为遗传算法的适应度函数.优化所得的气动外形参数体现了比Wilson方法和额定风速下的遗传算法更为合理的结果,弦长和扭角更趋于流线型分布,且扭角整体呈减小的趋势.     

联合Wilson方法与遗传算法的水平轴风力机叶片优化设计

考虑到风力机叶片设计中的Wilson方法的有效性,以及遗传算法的全局最优性,以Wilson优化方法所得到的扭角线性修正值作为遗传算法优化过程中的输入量,对叶片弦长重新搜索寻优。通过比较Wilson优化方法、遗传算法优化方法和联合优化设计方法,分别得到叶片的气动外形数据和气动性能的计算结果。结果验证了联合优化设计方法的优越性,比单独使用Wilson方法或遗传算法所得到的叶片优化结果更好。