水平軸風(fēng)力機(jī)葉片的設(shè)計(jì)及流固耦合計(jì)算

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1、IIIIIIllllllqIILIIIIIllIIIIIIIIIIIIIIllllUY2362902獨(dú)創(chuàng)性聲明本人聲明，所呈交的論文是我本人在導(dǎo)師指導(dǎo)下進(jìn)行的研究工作及取得的研究成果。據(jù)我所知，除了文中特別加以標(biāo)注和致謝的地方外，論文中不包含其他人已經(jīng)發(fā)表或撰寫(xiě)過(guò)的研究成果，也不包含為獲得武漢理工大學(xué)或其它教育機(jī)構(gòu)的學(xué)位或證書(shū)而使用過(guò)的材料。與我一同工作的同志對(duì)本研究所做的任何貢獻(xiàn)均己在論文中作了明確的說(shuō)明并表示了謝意。研究生(簽名)：繼日期：塹監(jiān)盟學(xué)位論文使用授權(quán)書(shū)本人完全了解武漢理工大學(xué)有關(guān)保留、使用學(xué)位論文的規(guī)定，即學(xué)校有權(quán)保留并向國(guó)家有關(guān)部門(mén)或機(jī)構(gòu)送交論文的

2、復(fù)印件和電子版，允許論文被查閱和借閱。本人授權(quán)武漢理工大學(xué)可以將本學(xué)位論文的全部?jī)?nèi)容編入有關(guān)數(shù)據(jù)庫(kù)進(jìn)行檢索，可以采用影印、縮印或其他復(fù)制手段保存或匯編本學(xué)位論文。同時(shí)授權(quán)經(jīng)武漢理工大學(xué)認(rèn)可的國(guó)家有關(guān)機(jī)構(gòu)或論文數(shù)據(jù)庫(kù)使用或收錄本學(xué)位論文，并向社會(huì)公眾提供信息服務(wù)。(保密的論文在解密后應(yīng)遵守此規(guī)定)～讎懈～孫嘲隗叫瓤哆中文摘要本文針對(duì)功率為3Mw的大型風(fēng)力機(jī)進(jìn)行葉片設(shè)計(jì)，實(shí)現(xiàn)從葉片幾何模型設(shè)計(jì)建立、結(jié)構(gòu)形式確定到復(fù)合材料鋪層方案制定和優(yōu)化的整個(gè)過(guò)程，目的在于通過(guò)理論與有限元結(jié)合的方式形成一套風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計(jì)的總體方案。首先根據(jù)相關(guān)資料和理論計(jì)算出葉片的設(shè)計(jì)參數(shù)，包括風(fēng)輪半

3、徑、葉片數(shù)、葉尖速比等。比較Glauert理論和Wilson理論后采用后者了進(jìn)行葉片外形設(shè)計(jì)，選定了一組包括FFA—W3—301和NACA63—415等的翼型進(jìn)行設(shè)計(jì)，并通過(guò)調(diào)整個(gè)別翼型得到擁有足夠弦高比的翼型FFWM一35和FFAM一40用于葉根部分的設(shè)計(jì)，編寫(xiě)出Matlab程序計(jì)算出攻角等參數(shù)，并將葉片模型每個(gè)葉素通過(guò)ibl文件的形式輸出，然后在建模軟件Pro／E中通過(guò)邊界混合工具建立起三維模型。隨后將葉片三維模型導(dǎo)入到ANSYSWorkbench中進(jìn)行進(jìn)一步的處理，添加了葉片內(nèi)部的腹板，并建立起葉片附近的流場(chǎng)和遠(yuǎn)離葉片的流場(chǎng)幾何模型，通過(guò)網(wǎng)格劃分得到ANSYS

4、固體有限元模型和Fluent流體有限元模型。接著確定葉片的載荷工況和邊界條件，包括風(fēng)速和湍流強(qiáng)度、湍流長(zhǎng)度尺度等，設(shè)置了載荷步數(shù)和求解時(shí)間，并通過(guò)AWB中的多場(chǎng)耦合新增輔助模塊SystemCoupling將ANSYS和Fluent進(jìn)行耦合計(jì)算，初步計(jì)算出葉片在氣動(dòng)載荷作用下的動(dòng)態(tài)響應(yīng)曲線，得到葉片表面最大正風(fēng)壓值為963．5Pa，與理論的基本風(fēng)壓接近，從而判定有限元計(jì)算結(jié)果的具有一定的可靠性，且在0．4s時(shí)葉片有最大的變形，對(duì)應(yīng)的結(jié)果將作為設(shè)計(jì)下一部設(shè)計(jì)的依據(jù)。進(jìn)行葉片復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)的理論研究，并根據(jù)初步計(jì)算結(jié)果提取出復(fù)合材料鋪層主方向和板殼內(nèi)力作為設(shè)計(jì)參數(shù)，以層

5、合板設(shè)計(jì)理論與受壓薄殼屈曲理論作為葉片的復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)理論，根據(jù)提取得到的設(shè)計(jì)參數(shù)編寫(xiě)出葉片復(fù)合材料鋪層厚度計(jì)算程序，得到葉片復(fù)合材料任意角度和變厚度的初步鋪層方案。利用穩(wěn)定性計(jì)算結(jié)果作為優(yōu)化的依據(jù)，對(duì)葉片鋪層方案進(jìn)行了調(diào)整，最后調(diào)整載荷步數(shù)為200步，時(shí)間調(diào)整為O．5s，重新進(jìn)行了葉片鋪層優(yōu)化前后的雙向流固耦合計(jì)算和穩(wěn)定性計(jì)算。最終得到一階屈曲載荷系數(shù)從原來(lái)的3．3298提升到4．2259，葉片的蔡．吳強(qiáng)度比從原來(lái)的3．42提高到了4．01。而葉片重量從原來(lái)的16．71噸減少為15．99噸。以上進(jìn)行的工作最終得出了較為理想的結(jié)果，為葉片的完整設(shè)計(jì)以及利用雙向流固

6、耦合模擬進(jìn)行風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計(jì)提供了參考。關(guān)鍵詞：風(fēng)力機(jī)葉片，3MW，雙向流固耦合，復(fù)合材料鋪層設(shè)計(jì)，有限元AbstractThisthesisaimtodesignabladeofalargescalewindturbinewhosepoweris3MW．Procedureofbladegeome仃ydesignandbuildup，structuretypedecision，laminatecompositeschemecreationandoptimizationwereimplemented．Ourtargetistocombinetheorywithfinit

7、eelementanalysisandworkoutanoverallwindturbinebladedesignscheme．Firstofall，somematerialandtheoryarereferredanddesignparametersarecomputedsuchasradiusnumberofbladeandtipspeedratio．ThenaftersomecomparisonbetweenGlauerttheoryandWilsontheoryweadoptedthelatterasOurbladegeometrydesigntheor