论文总字数：19754字

摘 要

如今不可再生的能源渐渐的在消耗，并且让我们的赖以生存的地球渐渐失去了生气，然而一个国家的发展必须走可持续的发展道路，因此风电的发展得到了很大的提升空间，而且现在每个国家都在大力发展支持风电行业，但是，值得一提的是风电技术不是每个国家都很成熟的，风电行业对技术要求越来越高。

风力叶片作为风力发电机组最为关键的零件,叶片设计的是否精确直接关系到风机的性能、发电效率和使用寿命。因此，开展在正常工作下风力机叶片应力分布和变形情况的研究，对风电行业有着重要的意义。

本篇论文是对5MW水平轴风力发电机，翼型为NACA63-415的叶片的设计与有限元分析。为了更好的建立叶片模型，我将叶片分成十个截面。通过叶片气动特性计算和MATLAB软件数值优化包这十个截面的弦长和扭转角。然后通过Profili软件获得叶片各个截面的翼型二维离散点数据。紧接着利用坐标转换原理和所求的数据以及夹角，求得叶片截面各点的三维坐标。最后利用Pro/E一体化的三维软件进行风力机叶片建模然后倒入ANSYS有限元分析软件对风力机叶片结构进行有限元分析。

关键词：风力机 三维建模 有限元分析

Finite element analysis of wind turbine blades

Abstract

Today, non-renewable energy consumption in gradually, and let our survival of the Earth gradually lost angry, but a developing country must take the road of sustainable development, so development of wind power has been a lot of room for improvement, and now every country are seeking to develop support for the wind power industry, however, it is worth mentioning that wind technology is not very mature in each country, the wind power industry increasingly high technical requirements.

Wind wind turbine blade as the most critical parts, blade design is directly related to whether the precise fan performance, power efficiency and service life. Therefore, the work carried out under normal wind turbine blade stress distribution and deformation studies, the wind power industry has an important significance.

This paper is a 5MW horizontal axis wind turbine, blade airfoil NACA63-415 design and finite element analysis. In order to better establish blade model, I'll blade divided into ten sections. By blade aerodynamic characteristics calculation numerical optimization and MATLAB software packages chord ten sections and twist angle. Then get each cross-section through the blade airfoil software Profili dimensional discrete point data. Then use coordinate conversion principle and the requested data and the angle, to obtain three-dimensional coordinates of each point of the blade cross section. Finally, the use of Pro / E integrated three-dimensional modeling software for wind turbine blade and then poured into ANSYS finite element analysis software for wind turbine blade structure finite element analysis.

Keywords: Three-dimensional; Finite element analysis; Modeling of wind turbines.

目录

摘要 I

第一章 绪论 1

1.1引言 1

1.2文献综述 1

1.3论文的主体 2

第二章 风力发电原理 3

2.1前言 3

2.2风力机的构成 3

2.3风力发电机的分类 4

2.4风力发电机叶片的工作原理 5

第三章 风力机叶片的设计 7

3.1 风力机叶片的外形设计 7

3.1.1 叶片设计的总体参数 7

3.1.2 确定风轮直径 7

3.1.3 翼型弦长计算 7

3.1.4 叶片重要参数的选取 7

第四章 叶片的应力分析 8

4.1引言 8

4.2风力机叶片的基本知识 8

4.2.1叶片的几何参数 8

4.2.2翼型介绍 9

4.3叶片的受力分析 9

4.4叶片三维模型的建模 11

4.4.1翼型选择 11

4.4.2叶片各截面空间实际坐标的求解 12

4.4.3绘制各叶素轮廓线 13

4.4.4通过曲线创建叶片的自由曲面 15

第五章 基于workbench的风机叶片有限元分析 17

5.1引言 17

5.2有限元分析概述 17

5.2.1有限元分析概念 17

5.2.2有限元分析步骤 17

5.3有限元分析软件 18

5.4叶片有限元分析 18

5.4.1定义材料 18

5.4.2导入模型 18

5.4.3设定材料厚度 19

5.4.4划分网格 20

5.4.5定义边界约束 20

5.4.6施加载荷 21

5.4.7应力、位移结果分析 22

5.5改变不同厚度、弦长及载荷的多组叶片有限元分析 24

5.5.1改变厚度 24

5.5.2改变弦长 25

5.5.3改变载荷 25

5.5.4改变三个变量 26

第六章 结论与展望 27

6.1结论 27

6.2展望 27

参考文献 29

附录 31

致谢 37

第一章 绪论

1.1引言

能源一直是人类生产生活所需的必需品，我国是发展中国家，因此能源的利用相对与其他国家来说需求比较大，但是不可再生能源已经越用越少，可再生的清洁能源已经成为一种趋势，风能、太阳能、热能因为能源丰富，较容易获取，所以成为了各国大力开发的对象，在中国风能资源极为丰富。 其中风能的资源的最丰富，也比较容易获取，当今各国都在投资大力发张当地的风能。叶片设计是一个复杂的优化问题，理想的叶片不仅能提高发电的效率而且能够获得较好的气动性能，并且能使风力发电机组的整体性能有明显的提升。因此，研究和分析风力机叶片结构体系合理的计算方法，掌握风力机结构体系的结构特点、受力特点及工作性能，选择合适的叶片材料，对叶片进行优化设计、疲劳寿命及运行维护等研究，会极大地提高我国的风力发电机设计水平和能力，促使我国的风力机发电水平达到一个更高的层次。

1.2文献综述

风能的利用从很早的时候就开始了。很早的年代人类已经学会了风力灌溉、磨面等，用风帆推动船舶前进。由于石油短缺，现代化帆船在近代得到了极大的重视。

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