風力發(fā)電機組主軸結(jié)構(gòu)強度分析（本科畢業(yè)論文設(shè)計）
摘 要

風能是一種潔凈的可再生能源，在當今能源和環(huán)境問題日益受到關(guān)注的情況下，利用風能進行發(fā)電越來越受到人們的重視，隨著科學技術(shù)的不斷發(fā)展，風力發(fā)電技術(shù)在世界上得到了飛快的發(fā)展，越來越多的兆瓦級大型風力發(fā)電機組相繼建成并投入運行，風電市場前景異常廣闊。隨著風力發(fā)電機裝機容量日益增大，機組所受的載荷情況也越來越復雜,從而使得風力機及其零部件的安全問題變得更加突出。為了要確保風力機在其設(shè)計壽命內(nèi)能夠正常地運行，首先必須對風力發(fā)電機組的關(guān)鍵零部件展開設(shè)計研究。
主軸是風力發(fā)電機的重要部件，雖然它的形狀不是很復雜，但是尺寸較大，起著傳遞運動和動力的作用。主軸設(shè)計的好壞直接影響機組的正常運行和使用壽命，因此有必要在極限載荷條件下對主軸進行靜態(tài)分析和疲勞計算，以確定整個主軸的應(yīng)力分布情況，從中找出最危險的部位，為主軸設(shè)計提供可靠的依據(jù)。論文作為企業(yè)合作課題的主要研究內(nèi)容之一，根據(jù)IEC61400-1標準，進行主軸的靜強度分析、疲勞強度分析和壽命分析，為主軸材料、結(jié)構(gòu)設(shè)計和優(yōu)化提供依據(jù)。
本文基于有限元法的基本理論，對主軸進行了以下研究：
①基于有限元法的建模理論，利用有限元軟件Patran，完成建模、劃分網(wǎng)格等工作。由于主軸的結(jié)構(gòu)不是很復雜，直接利用有限元軟件完成建模，劃分網(wǎng)格的類型為四面體單元，在一些平面的結(jié)合處需要手工控制種子的位置，使不同平面的網(wǎng)格對接在一起，有一定難度。
②對主軸有限元模型施加載荷，設(shè)定邊界條件，進行極限強度分析和疲勞校核計算，并把計算結(jié)果與某企業(yè)的分析數(shù)據(jù)進行了比較，從而驗證了本文所研究方法的正確性，確保了主軸具有足夠的強度和使用壽命。


關(guān)鍵詞：風力發(fā)電機，主軸，有限單元法

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 錄

摘 要 I
ABSTRACT II
目 錄 III
1 緒論 1
1.1 課題研究背景 1
1.2 國內(nèi)外技術(shù)現(xiàn)狀綜述 1
1.2.1 國外現(xiàn)狀 1
1.2.2 國內(nèi)現(xiàn)狀 3
1.3 論文研究的意義和目的 4
1.4 論文的主要研究內(nèi)容 4
2主軸的有限元分析法 7
2.1 MSC.Patran/Nastran有限元分析軟件 7
2.2 MSC.Fatigue疲勞分析軟件 8
2.3 主軸的有限元分析過程 10
3 主軸有限元強度分析模型的建立 12
3.1 主軸幾何模型的建立 12
3.2 主軸有限元網(wǎng)格的劃分 14
3.3 坐標系 17
3.4材料屬性 18
4 主軸極限強度分析 19
4.1施加邊界條件和載荷 19
4.2極限強度的運算和結(jié)果 19
4.3 靜態(tài)分析的結(jié)論 21
5 主軸的疲勞分析 22
5.1疲勞分析方法 22
5.2 主軸的疲勞分析 24
5.3疲勞分析結(jié)果討論 24
6 結(jié)論與展望 28
致謝 30
參 考 文 獻 31