大型風電葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計方法研究.pdf

1、風能作為綠色可再生能源，已受到世界各國的廣泛重視。葉片作為風電機組的核心部件，其設(shè)計理論和制造技術(shù)被視為風電機組研發(fā)的關(guān)鍵。目前，國內(nèi)有關(guān)葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計研究仍然面臨巨大挑戰(zhàn)，深入開展相關(guān)基礎(chǔ)理論與技術(shù)研究，對盡快掌握風電機組核心技術(shù)，提高自主創(chuàng)新能力具有重要意義。在此背景下，論文針對風電葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計方法及其關(guān)鍵技術(shù)展開研究。
　　 基于現(xiàn)有風電葉片設(shè)計基礎(chǔ)理論，論文分析了葉片氣動參數(shù)、結(jié)構(gòu)參數(shù)的構(gòu)成，探討了相關(guān)坐標系的定義以及氣動

2、設(shè)計的常用方法。通過風電葉片構(gòu)造分析，比較了強主梁葉片和弱主梁葉片的構(gòu)造特點，分析了不同葉片承載結(jié)構(gòu)的設(shè)計區(qū)別。研究了復合材料經(jīng)典層合板強度理論、基于梁理論的等代設(shè)計方法在葉片承載結(jié)構(gòu)設(shè)計中的應用。
　　 論文基于風特性的分析，給出了一種用于小尺度條件下風速、風向和湍流強度計算的脈動風工程計算模型，該模型可用于隨機氣動載荷的計算分析。對主要載荷計算方法、風況描述模型和機組運行狀態(tài)進行探討，分析了機組運行狀態(tài)與外部風況的組合條件，

3、確定了載荷計算所需最少設(shè)計工況。研究了風電葉片載荷時序仿真計算方法，采用統(tǒng)計外推法及Gumbel分布模型對含有隨機成分的最大載荷進行統(tǒng)計分析，給出了葉片極限載荷計算方法。
　　 綜合運用復合材料經(jīng)典層合板理論、基于梁理論的等代設(shè)計方法，建立了葉片主要承載結(jié)構(gòu)設(shè)計方法，并編制驗證程序，進行實例計算，驗證了方法的有效性。計算結(jié)果表明，采用復合材料經(jīng)典層合板理論設(shè)計葉片結(jié)構(gòu)鋪層和采用基于梁理論的等代方法計算葉片層合板厚度都是可行的。通

4、過對比分析，基于梁理論的等代設(shè)計方法更為簡便，可為復合材料鋪層計算提供依據(jù)，其中采用剛度條件的設(shè)計結(jié)果更為接近實際葉片，說明剛度在大型風電葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計中是關(guān)鍵約束。
　　 針對以往葉片氣動與結(jié)構(gòu)獨立設(shè)計的問題，論文分析了厚度、實度和扭角等參數(shù)對葉片氣動和結(jié)構(gòu)性能的綜合影響，給出了翼型沿葉片展向合理分布的氣動結(jié)構(gòu)平衡設(shè)計方法。該方法提出結(jié)構(gòu)系數(shù)κ的概念，將大型風電葉片分為側(cè)重結(jié)構(gòu)強度的內(nèi)圈與側(cè)重氣動性能的外圈，內(nèi)圈采用鈍后緣翼型以