水平軸風力機葉片疲勞壽命預測分析

1.4萬字 44頁 原創(chuàng)作品，通過查重系統(tǒng)


摘要

風能作為一種清潔的可再生能源，利用風能發(fā)電是目前利用可再生能源技術中最成熟、開發(fā)條件最具有規(guī)?；蜕虡I(yè)化的發(fā)電方式之一。風力發(fā)電機系統(tǒng)是實現(xiàn)風能轉(zhuǎn)換為電能的核心部件，而風力機葉片又是風力發(fā)電機系統(tǒng)的關鍵部位，所以風力發(fā)電機葉片的疲勞壽命分析對風力發(fā)電機技術的提高具有重大意義。
風力發(fā)電機葉片主要失效原因之一是疲勞破壞。疲勞破壞是指結構部件受循環(huán)荷載重復作用下產(chǎn)生的破壞。運行中風力機葉片要承多復雜的循環(huán)載荷，因此葉片需要足夠的疲勞強度，才能保證在一定的使用期限不會發(fā)生疲勞破壞，所以葉片的疲勞壽命預測對于保證葉片的安全十分重要。本文研究了大型風力機葉片疲勞壽命的工程估算方法，所得葉片壽命大于20年，符合要求。
文中首先介紹運行過程中風力發(fā)電機葉片承受荷載狀況，分析了引起風力機葉片疲勞破壞的三種主要循環(huán)載荷（氣動載荷、重力載荷、慣性力載荷）以及荷載的計算方法。然后介紹了本文所使用的葉片疲勞分析的相關理論其中有疲勞累積損傷理論、雨流法、S-N曲線等。最后使用ANSYS建立了風力機葉片的三維模型，采用點生成線，線生成面，再根據(jù)葉片結構由多種不同材料鋪層而成的特性，選用SHELL99單元對葉片主梁、前后緣、腹板等各個部分進行鋪層設置，對整個模型完成了網(wǎng)格劃分，得到葉片的三維有限元模型。
葉片疲勞的分析，首先通過強度進行分析確定確葉片的危險部位。然后在ANSYS的通用后處理器疲勞分析模塊中，設置葉片的s-n參數(shù)，在危險部位施加循環(huán)荷載應力，并根據(jù)廠家提供的風速分布規(guī)律及疲勞計算相關理論，估算出葉片的疲勞壽命。


關鍵詞：風力機，葉片，ANSYS，有限元，疲勞壽命