风力发电是新能源领域中技术最成熟、最具规模、以及商业化开发发展的能源产业之一。发展风电对于保障能源安全,调整能源结构,减轻环境污染,实现可持续发展等都具有非常重要的意义。风力发电机组的研究成为当前新能源发展研究的重要领域,而如何提高风机叶片对风能的利用率和运行的稳定性,更成为研究热点之一。为了改进风机叶片的力学结构,减少风机叶片的气动弹性问题,提高风机的工作稳定性以及风能利用率,必须首先对风机叶片的动力特性进行分析。本文首先利用空气动力学的升力与阻力、气动力、气动阻尼和动量理论等方面分析并计算出,750KW风机叶片在风速25m/s,转速30rmp工况下的风场作用在风机叶片上的压力分布,以及对风场进行了湍流和涡流模拟,其次结合固体力学方法,把风机叶片的重力载荷和旋转时产生的离心力载荷加载到风机叶片上,最后再将风场作用在风机叶片上的载荷也加载进去,运用ANSYS软件进行流固耦合分析中的柔性分析,得出风机叶片的应力应变、变形量、加速度和叶根的扭矩和力,这为以后轮毂的分析提供了参考数据。本文还从有力加载和无力加载进行了风机叶片的模态分析,分别得出其固有频率、振型、变形量和应力应变。最后还进行了受风场作用力的谐响应分析,得到了风机叶片的振幅和频率、频率和应力、频率和应变、风轮面的频率和应力、应变的关系,还得出了第一阶和第二阶的应力和应变。通过对风机叶片的以上研究和分析,得出其受力关键部位、共振频率等为以后的进一步研究提供理论参考数据。

摘要3-4
第一章 引言8-12
    1.1 研究背景8
    1.2 研究目的和意义8-9
    1.3 风机叶片气动弹性稳定性的研究现状9-10
    1.4 本文的研究工作目标与研究内容10-12
第二章 风机叶片模型建立12-16
    2.1 三维模型的建立与网格划分12-14
        2.1.1 模型的建立12-13
        2.1.2 网格划分13-14
    2.2 风机叶片材料选择14-16
        2.2.1 碳纤维材料的优增强树脂基复合点14-15
        2.2.2 材料的力学性能参数15-16
第三章 风力发电机三叶片的旋转效应分析16-28
    3.1 空气动力学理论16-20
        3.1.1 升力与阻力16-17
        3.1.2 气动力17-18
        3.1.3 气动阻尼18-19
        3.1.4 动量理论19-20
    3.2 风机叶片的旋转效应分析20-28
        3.2.1 旋转效应参数设置20-21
        3.2.2 风机叶片旋转效应的风压和风场速度分布21-23
        3.2.3 风机叶片旋转效应的风场涡流分析23-24
        3.2.4 风机叶片旋转效应的风场涡流粘度和湍流能量分布24-25
        3.2.5 风机叶片旋转效应的受力分析25-28
第四章 风力发电机三叶片柔性动力分析28-36
    4.1 风机叶片载荷28-31
        4.1.1 重力载荷29-30
        4.1.2 离心力载荷30-31
        4.1.3 气动载荷31
    4.2 风机叶片柔性动力分析31-36
        4.2.1 风机三叶片整体变形分析31-32
        4.2.2 风机三叶片的叶根力和叶根扭矩分析32-33
        4.2.3 风机三叶片加速度分析33-34
        4.2.4 风机三叶片应力应变分析34-36
第五章 风力发电机三叶片模态分析36-45
    5.1 振动方程36-37
        5.1.1 系统方程36
        5.1.2 广义特征方程36-37
    5.2 无预应力的模态分析37-42
        5.2.1 固有频率37-38
        5.2.2 振型分析38-42
    5.3 有预应力的模态分析42-43
    5.4 两种模态结果比较43-45
第六章 风力发电机三叶片谐响应分析45-52
    6.1 风机叶片频率和振幅分析45-46
    6.2 风机叶片频率与应力分析46-47
    6.3 风机叶片频率和应变分析47-48
    6.4 风轮面应力应变分析48-49
    6.5 第一二阶的应力和应变分析49-52
第七章 结论及展望53-54