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风力发电机叶片灌注过程中的力学分析

摘要
随着化石能源的过渡消耗以及其对环境带来的严重影响，风能凭借其清洁、可循环利用等诸多优点而越来越受到重视，各国都在积极开发利用本国的风能资源，中国也不例外。近几年我国的风能发电业发展到一定的规模。叶片是风力发电机组有效捕获风能的关键部件，直接影响着整个系统的性能，并要具有长期在户外自然环境条件下使用的特性和合理的价格。本文对风力发电机的关键部件叶片进行了研究，主要研究工作如下：
1.根据风力发电机叶片设计的经典理论设计叶片的外形，利用ANSYS有限元分析软件建立叶片的三维实体模型。其中根据叶片翼型数据较多的设计特点，在传统建模方法无法实现的情况下，采用了导入数据文件的建模方法，提高了模型的建立效率。
2.介绍了有关风力发电机叶片的基本知识及其成型工艺，并且补充了与注塑成型工艺相关的理论知识，为接下来要进行的注塑过程中的力学分析提供了理论基础。
3.利用Moldflow模流分析软件分别对风力机叶片在一个、两个、三个注塑口条件下进行了灌注过程中的力学分析，并且绘出了相应的力学变化图，通过对比分析不同条件下叶片注塑过程中的优缺点，找出叶片最佳注塑条件。

关键词：风力发电机叶片 成型工艺 有限元

 
Abstract
With the consumption of fossil fuels and their serious impact on the environment, the wind energy with the advantages of cleans and can be recycled for use is growing importance to many countries and they are actively developing and utilizing its wind resource, China is no exception. The industry of the wind power develops to a certain scale in China last few years. The wind turbine blade is a key component of effective capture wind energy, which directly affects the performance of the whole system, and it should to use in long term in outdoor conditions, and has reasonable prices. The blades, the key part of the wind turbine, were studied in this article. The main conclusions are as follows:
1. According to the classic theory of the wind turbine blades design and using finite element ANSYS, the blade’s 3D solid model is established. According to the situation that there are lots of aerofoil data, a suitable modeling method is put out which make the modeling more quickly and accurately.
2. Introduced the basic knowledge of wind turbine blades of molding and compacting process, and add injection molding process with the relevant theoretical knowledge, in order to make a theoretical basis for the next step in the mechanical analysis of injection molding process.
3. Using Moldflow software to analyze on the wind turbine blades were in one 、two、three conditions , which were injection port during the mechanical analysis of perfusion, and draw the corresponding dynamics in figure, through in different conditions by comparing and analyzing the advantages and disadvantages of injection molding process, in order to find the best injection conditions.

Key words: Wind Turbine Blades   Compacting Process   Finite Element

目 录
第一章 绪论 1
1.1前言 1
1.2世界风力发电的历史、现状以及前景 2
1.3风力发电机叶片技术的发展与现状 3
1.4本课题的主要研究任务 5
1.5本课题的实现方法 5
第二章 风机叶片材料及其制造工艺 6
2.1复合材料概述 6
2.1.1风力发电机叶片常用复合材料 6
2.1.2风机叶片的设计 7
2.2风机叶片的制造工艺 8
第三章 风力发电机的基本理论 10
3.1引言 10
3.2贝茨理论 10
3.3葛劳渥旋涡理论 11
3.4风力机的基本概念 13
3.4.1风力发电机系统简介 13
3.4.2翼型介绍以及选择 13
3.5翼型几何参数 16
第四章 风力发电机叶片的设计 19
4.1引言 19
4.2风力发电机叶片的设计参数确定 19
4.2.1风力机直径的确定 19
4.2.2叶尖速比的确定 19
4.2.3风轮的叶片数 20
4.2.4翼型的选择 20
4.2.5叶片从转动中心至叶尖不同位置的尖速比 21
4.2.6叶片从转动中心至叶尖不同半径处的剖面翼型弦长  21
4.2.7叶片的实际安装角  21
4.3基于ANSYS的风力机叶片三维建模 22
4.3.1NACA4412叶型型值点的选取 23
4.3.2叶片各叶素空间坐标的求解 24
4.3.3叶片的三维建模 24
第五章 风力机叶片灌注过程中的力学分析 26
5.1引言 26
5.2注塑相关理论知识 26
5.2.1注塑成型原理 26
5.2.2注塑成型要素 26
5.3在Moldflow中分析风力机叶片灌注过程中的力学变化 28
5.3.1叶片在一个注塑口条件下注塑过程分析 28
5.3.2叶片在两个注塑口条件下注塑过程分析 34
5.3.3叶片在三个注塑口条件下注塑过程分析 39
5.3.4分析总结 42
第六章 总结与展望 44
6.1总结 44
6.2待解决的问题 44
6.3展望 44
第七章 致谢 46
参考文献 47