兆瓦级风电机组叶片疲劳寿命的预测方法研究

【摘要】：本课题依托宁夏回族自治区科技攻关项目(413-0189)。风能的主要利用方式是通过风力发电机将其转化为电能,风力机主要有垂直轴式和水平轴式两大类。作为主流的大型水平轴式风力机,一般由叶片、轮毂、机舱、发电机和塔架等部件组成。叶片是风力机能量转化过程的关键部件,由叶片和轮毂构成的风轮是能量捕获机构,将风能转变为机械能；同时,叶片是风力机主要的承受载荷的部件,对整个风力机的正常运行有着至关重要的作用。因此,叶片的疲劳分析及寿命的预测具有重大的意义。论文作者首先在查阅大量国内外关于研究风电机组叶片疲劳失效的文献的基础上,整理出叶片疲劳寿命预测的技术路线。为之后改进寿命预测方法做好准备。然后,运用风的威布尔分布函数,计算出各风速段的年度分布时长,得到各风速段叶片全年运行过程的循环次数；利用GH Bladed软件建立风电机组整体模型,选取湍流风,模拟运行工况,计算分析叶片载荷。获得了叶片疲劳分析数据,为预测叶片疲劳寿命奠定基础。之后,采取了一种简洁、明了的叶片三维建模方法,基于有限元软件ANSYS直接建立了叶片三维实体模型,避免了诸如建模软件与有限元软件格式需要转换等问题,并对叶片进行疲劳分析,预测其疲劳寿命。以上就完成了其中一种预测疲劳寿命方法的探索。最后,探索另外一种预测疲劳寿命方法。结合迈因纳线性累积损伤法则,提出一种全新的疲劳寿命预测方法,旨在减小结果的误差值。拟合叶片风速应力多项式曲线,推导得疲劳寿命计算式,借助MATLAB运算,预测叶片疲劳寿命。综合分析,ANSYS软件和Miner准则两种预测叶片疲劳寿命的探索,结果符合叶片20年设计寿命的要求,表明本文提出的叶片疲劳寿命预测方法是可行的。 【关键词】：风电机组 叶片 疲劳分析 预测寿命
【学位授予单位】：宁夏大学
【学位级别】：硕士
【学位授予年份】：2015
【分类号】：TM315
【目录】：

• 摘要3-4
• Abstract4-7
• 第一章 绪论7-16
• 1.1 课题的来源及背景7-10
• 1.2 风电机组简介10-11
• 1.3 叶片疲劳失效的研究现状11-13
• 1.4 研究叶片疲劳失效的意义13-14
• 1.5 本文的技术路线和主要工作14-16
• 第二章 叶片载荷仿真分析16-36
• 2.1 风速威布尔分布计算16-21
• 2.2 叶片的载荷及坐标系21-24
• 2.3 风力机运行仿真24-35
• 2.4 汇总叶片疲劳分析数据35
• 2.5 小结35-36
• 第三章 叶片三维模型的建立36-44
• 3.1 风电机组叶片简介36-37
• 3.2 叶片翼型的空间坐标37-41
• 3.3 基于有限元软件ANSYS叶片的三维建模41-42
• 3.4 小结42-44
• 第四章 基于ANSYS的叶片疲劳寿命预测44-56
• 4.1 ANSYS有限单元软件简介44
• 4.2 建立叶片有限单元模型44-47
• 4.3 确定叶片危险区域47-48
• 4.4 预测危险区域的疲劳寿命48-55
• 4.5 小结55-56
• 第五章 基于Miner准则的叶片疲劳寿命预测56-69
• 5.1 疲劳载荷类型与S-N曲线56-59
• 5.2 疲劳累积损伤理论59-61
• 5.3 基于Miner法则推导叶片疲劳寿命计算式61-62
• 5.4 风速与应力的多项式曲线拟合62-65
• 5.5 预测叶片的疲劳寿命65-68
• 5.6 小结68-69
• 第六章 总结与展望69-70
• 6.1 总结69
• 6.2 研究展望69-70
• 参考文献70-72
• 致谢72-73
• 个人简介及攻读硕士学位期间科研情况73
• 个人简介73
• 攻读硕士学位期间参加的科研项目73
• 攻读硕士学位期间的学术论文情况73

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