水平轴风力机叶片疲劳寿命预测分析.doc

水平轴风力机叶片疲劳寿命预测分析

1.4万字 44页 原创作品，通过查重系统


摘要

风能作为一种清洁的可再生能源，利用风能发电是目前利用可再生能源技术中最成熟、开发条件最具有规模化和商业化的发电方式之一。风力发电机系统是实现风能转换为电能的核心部件，而风力机叶片又是风力发电机系统的关键部位，所以风力发电机叶片的疲劳寿命分析对风力发电机技术的提高具有重大意义。
风力发电机叶片主要失效原因之一是疲劳破坏。疲劳破坏是指结构部件受循环荷载重复作用下产生的破坏。运行中风力机叶片要承多复杂的循环载荷，因此叶片需要足够的疲劳强度，才能保证在一定的使用期限不会发生疲劳破坏，所以叶片的疲劳寿命预测对于保证叶片的安全十分重要。本文研究了大型风力机叶片疲劳寿命的工程估算方法，所得叶片寿命大于20年，符合要求。
文中首先介绍运行过程中风力发电机叶片承受荷载状况，分析了引起风力机叶片疲劳破坏的三种主要循环载荷（气动载荷、重力载荷、惯性力载荷）以及荷载的计算方法。然后介绍了本文所使用的叶片疲劳分析的相关理论其中有疲劳累积损伤理论、雨流法、S-N曲线等。最后使用ANSYS建立了风力机叶片的三维模型，采用点生成线，线生成面，再根据叶片结构由多种不同材料铺层而成的特性，选用SHELL99单元对叶片主梁、前后缘、腹板等各个部分进行铺层设置，对整个模型完成了网格划分，得到叶片的三维有限元模型。
叶片疲劳的分析，首先通过强度进行分析确定确叶片的危险部位。然后在ANSYS的通用后处理器疲劳分析模块中，设置叶片的s-n参数，在危险部位施加循环荷载应力，并根据厂家提供的风速分布规律及疲劳计算相关理论，估算出叶片的疲劳寿命。


关键词：风力机，叶片，ANSYS，有限元，疲劳寿命