风力发电机组主轴结构强度分析（本科毕业论文设计）.doc
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风力发电机组主轴结构强度分析（本科毕业论文设计）,摘要风能是一种洁净的可再生能源，在当今能源和环境问题日益受到关注的情况下，利用风能进行发电越来越受到人们的重视，随着科学技术的不断发展，风力发电技术在世界上得到了飞快的发展，越来越多的兆瓦级大型风力发电机组相继建成并投入运行，风电市场前景异常广阔。随着风力发电机装机容量日...
内容介绍
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风力发电机组主轴结构强度分析（本科毕业论文设计）
摘 要
风能是一种洁净的可再生能源，在当今能源和环境问题日益受到关注的情况下，利用风能进行发电越来越受到人们的重视，随着科学技术的不断发展，风力发电技术在世界上得到了飞快的发展，越来越多的兆瓦级大型风力发电机组相继建成并投入运行，风电市场前景异常广阔。随着风力发电机装机容量日益增大，机组所受的载荷情况也越来越复杂,从而使得风力机及其零部件的安全问题变得更加突出。为了要确保风力机在其设计寿命内能够正常地运行，首先必须对风力发电机组的关键零部件展开设计研究。
主轴是风力发电机的重要部件，虽然它的形状不是很复杂，但是尺寸较大，起着传递运动和动力的作用。主轴设计的好坏直接影响机组的正常运行和使用寿命，因此有必要在极限载荷条件下对主轴进行静态分析和疲劳计算，以确定整个主轴的应力分布情况，从中找出最危险的部位，为主轴设计提供可靠的依据。论文作为企业合作课题的主要研究内容之一，根据IEC61400-1标准，进行主轴的静强度分析、疲劳强度分析和寿命分析，为主轴材料、结构设计和优化提供依据。
本文基于有限元法的基本理论，对主轴进行了以下研究：
①基于有限元法的建模理论，利用有限元软件Patran，完成建模、划分网格等工作。由于主轴的结构不是很复杂，直接利用有限元软件完成建模，划分网格的类型为四面体单元，在一些平面的结合处需要手工控制种子的位置，使不同平面的网格对接在一起，有一定难度。
②对主轴有限元模型施加载荷，设定边界条件，进行极限强度分析和疲劳校核计算，并把计算结果与某企业的分析数据进行了比较，从而验证了本文所研究方法的正确性，确保了主轴具有足够的强度和使用寿命。
关键词：风力发电机，主轴，有限单元法
ABSTRACT
Wind energy is one kind of clean regenerative energy. Under the situation that the sources of energy and the environment problem are paid attention to gradually nowadays，the use of wind turbine to generate electricity is regarded highly more and more by people. Wind energy technology has developed rapidly with the science and technology uninterrupted growth. In over all the world, more and more large wind turbine generators have established consecutively and brought into service. The prospect of wind energy marketplace has been vast extraordinarily. However, the design and business application of wind turbine in our country, especially large-scale megawatt prototypes, have a lot of problems to be solving. The project is to design and research on the crucial elements of wind turbine, which is spread out to meet the need of the enterprises. Therefore, the research will act an important role in the commercialization and industrialization to the homemade megawatt wind turbine, and can provide the scientific and credible warranty to analysis and design wind turbine and its main components. It will improve the technology level of wind energy generator. It will establish the stability basis to reduce the cost of wind turbine, promote the competitiveness of marketplace, realize commercialization.
Principal axis which can pass motion and power is a important part of the wind turbine.Though its shape is simple,its size is large.. It is needed to calculate static and fatigue analysis under various ultimate loads, which can display the distribution of stress, and finds out the most dangerous locations.
Based on the theory of finite element method, the finite element model has established, and the ultimate strength and fatigue analysis have researched. So this paper will promote the commercialization and industrialization course of the homemade large wind turbine.
Keyword ： Wind turbine, Principal axis, Finite element method
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
目 录 III
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 国内外技术现状综述 1
1.2.1 国外现状 1
1.2.2 国内现状 3
1.3 论文研究的意义和目的 4
1.4 论文的主要研究内容 4
2主轴的有限元分析法 7
2.1 MSC.Patran/Nastran有限元分析软件 7
2.2 MSC.Fatigue疲劳分析软件 8
2.3 主轴的有限元分析过程 10
3 主轴有限元强度分析模型的建立 12
3.1 主轴几何模型的建立 12
3.2 主轴有限元网格的划分 14
3.3 坐标系 17
3.4材料属性 18
4 主轴极限强度分析 19
4.1施加边界条件和载荷 19
4.2极限强度的运算和结果 19
4.3 静态分析的结论 21
5 主轴的疲劳分析 22
5.1疲劳分析方法 22
5.2 主轴的疲劳分析 24
5.3疲劳分析结果讨论 24
6 结论与展望 28
致谢 30
参 考 文 献 31
摘 要
风能是一种洁净的可再生能源，在当今能源和环境问题日益受到关注的情况下，利用风能进行发电越来越受到人们的重视，随着科学技术的不断发展，风力发电技术在世界上得到了飞快的发展，越来越多的兆瓦级大型风力发电机组相继建成并投入运行，风电市场前景异常广阔。随着风力发电机装机容量日益增大，机组所受的载荷情况也越来越复杂,从而使得风力机及其零部件的安全问题变得更加突出。为了要确保风力机在其设计寿命内能够正常地运行，首先必须对风力发电机组的关键零部件展开设计研究。
主轴是风力发电机的重要部件，虽然它的形状不是很复杂，但是尺寸较大，起着传递运动和动力的作用。主轴设计的好坏直接影响机组的正常运行和使用寿命，因此有必要在极限载荷条件下对主轴进行静态分析和疲劳计算，以确定整个主轴的应力分布情况，从中找出最危险的部位，为主轴设计提供可靠的依据。论文作为企业合作课题的主要研究内容之一，根据IEC61400-1标准，进行主轴的静强度分析、疲劳强度分析和寿命分析，为主轴材料、结构设计和优化提供依据。
本文基于有限元法的基本理论，对主轴进行了以下研究：
①基于有限元法的建模理论，利用有限元软件Patran，完成建模、划分网格等工作。由于主轴的结构不是很复杂，直接利用有限元软件完成建模，划分网格的类型为四面体单元，在一些平面的结合处需要手工控制种子的位置，使不同平面的网格对接在一起，有一定难度。
②对主轴有限元模型施加载荷，设定边界条件，进行极限强度分析和疲劳校核计算，并把计算结果与某企业的分析数据进行了比较，从而验证了本文所研究方法的正确性，确保了主轴具有足够的强度和使用寿命。
关键词：风力发电机，主轴，有限单元法
ABSTRACT
Wind energy is one kind of clean regenerative energy. Under the situation that the sources of energy and the environment problem are paid attention to gradually nowadays，the use of wind turbine to generate electricity is regarded highly more and more by people. Wind energy technology has developed rapidly with the science and technology uninterrupted growth. In over all the world, more and more large wind turbine generators have established consecutively and brought into service. The prospect of wind energy marketplace has been vast extraordinarily. However, the design and business application of wind turbine in our country, especially large-scale megawatt prototypes, have a lot of problems to be solving. The project is to design and research on the crucial elements of wind turbine, which is spread out to meet the need of the enterprises. Therefore, the research will act an important role in the commercialization and industrialization to the homemade megawatt wind turbine, and can provide the scientific and credible warranty to analysis and design wind turbine and its main components. It will improve the technology level of wind energy generator. It will establish the stability basis to reduce the cost of wind turbine, promote the competitiveness of marketplace, realize commercialization.
Principal axis which can pass motion and power is a important part of the wind turbine.Though its shape is simple,its size is large.. It is needed to calculate static and fatigue analysis under various ultimate loads, which can display the distribution of stress, and finds out the most dangerous locations.
Based on the theory of finite element method, the finite element model has established, and the ultimate strength and fatigue analysis have researched. So this paper will promote the commercialization and industrialization course of the homemade large wind turbine.
Keyword ： Wind turbine, Principal axis, Finite element method
目 录
摘 要 I
ABSTRACT II
目 录 III
1 绪论 1
1.1 课题研究背景 1
1.2 国内外技术现状综述 1
1.2.1 国外现状 1
1.2.2 国内现状 3
1.3 论文研究的意义和目的 4
1.4 论文的主要研究内容 4
2主轴的有限元分析法 7
2.1 MSC.Patran/Nastran有限元分析软件 7
2.2 MSC.Fatigue疲劳分析软件 8
2.3 主轴的有限元分析过程 10
3 主轴有限元强度分析模型的建立 12
3.1 主轴几何模型的建立 12
3.2 主轴有限元网格的划分 14
3.3 坐标系 17
3.4材料属性 18
4 主轴极限强度分析 19
4.1施加边界条件和载荷 19
4.2极限强度的运算和结果 19
4.3 静态分析的结论 21
5 主轴的疲劳分析 22
5.1疲劳分析方法 22
5.2 主轴的疲劳分析 24
5.3疲劳分析结果讨论 24
6 结论与展望 28
致谢 30
参 考 文 献 31
