基于有限元法的风力发电机主要结构件设计

论文摘要

国内风电行业持续发展,市场竞争的日益激烈,行业面临严峻的成本挑战。随着蕴含优质风资源的风场资源日渐饱和,上游风电企业不断要求风电制造商加大叶轮直径,以提高低风速段的风能利用效率,由于捕获风能能力的加强,风力发电机承受更为巨大的工作载荷。如何设计满足载荷要求的风机主要结构件,是各主机厂需要解决的问题。本文采用三维建模与有限元相结合的方法,针对风力发电机组的主要结构部件进行了研究设计,首先利用三维建模软件SolidWorks对其主要结构部件进行了三维建模。利用ANSYS Workbench 12及HyperMesh 10.0对主要部件进行了网格划分,在ANSYS经典界面中建立了主要部件的计算模型、设定边界条件,然后进行了强度刚度分析。根据疲劳累加原则对各主要结构部件进行了疲劳强度分析,预估了各主要结构部件在设计寿命内的损伤值。基于有限元方法,采用ANSYS软件对主要结构部件进行了模态分析,得到了其各阶振型及固有频率。

论文目录

• 摘要
• ABSTRACT
• 第一章 绪论
• 1.1 课题的意义及国内外研究现状综述
• 1.1.1 课题的来源
• 1.1.2 课题研究的意义
• 1.2 风力发电机制造行业的现状
• 1.2.1 世界主流风机厂商的现状
• 1.2.2 国内风机发电机制造厂商的现状
• 1.3 风力发电机设计概述
• 1.3.1 风力发电机的分类
• 1.3.2 风力发电机载荷的计算
• 1.3.3 广义极限状况
• 1.3.4 载荷安全系数
• 1.4 材料安全系数
• 第二章 风力发电机主要结构件三维建模与设计
• 2.1 概述
• 2.2 主轴的设计及三维建模
• 2.2.1 零部件概述
• 2.2.2 主轴坐标系及建模
• 2.3 前机架的设计及三维建模
• 2.3.1 零部件概述
• 2.3.2 载荷坐标系及建模
• 2.4 后机架的设计及三维建模
• 2.4.1 零部件概述
• 2.4.2 三维模型
• 2.5 小结
• 第三章 风力发电机主要结构件强度和刚度 FEM 分析
• 3.1 概述
• 3.1.1 重要失效局部安全系数γn 与构件分类
• 3.1.2 极限强度分析
• 3.2 主轴强度与刚度分析
• 3.2.1 材料
• 3.2.2 计算模型
• 3.2.3 极限强度分析与计算
• 3.3 前机架强度与刚度分析
• 3.3.1 材料
• 3.3.2 有限元模型
• 3.3.3 极限强度分析与计算
• 3.3.4 子模型
• 3.3.5 有限元子模型分析与计算
• 3.4 后机架强度与刚度分析
• 3.4.1 材料
• 3.4.2 有限元模型
• 3.4.3 极限强度刚度分析与计算
• 3.5 小结
• 第四章 风力发电机主要构件疲劳强度 FEM 分析
• 4.1 疲劳计算概述
• 4.1.1 疲劳分析方法
• 4.1.2 疲劳计算载荷
• 4.1.3 应力处理与雨流计数
• 4.2 主轴疲劳强度分析
• 4.2.1 疲劳计算
• 4.2.2 疲劳计算结果
• 4.3 前机架疲劳强度分析
• 4.3.1 疲劳计算
• 4.3.2 疲劳计算结果
• 4.4 后机架疲劳强度分析
• 4.4.1 疲劳载荷
• 4.4.2 疲劳计算结果
• 4.5 小结
• 第五章 主要构件模态分析
• 5.1 概述
• 5.2 主要部件模态分析
• 5.3 小结
• 第六章 总结与展望
• 6.1 总结
• 6.2 展望
• 参考文献
• 致谢
• 攻读硕士学位期间发表的学术论文