水平轴风力机叶片力学性能数值模拟毕业论文

1、毕业设计（论文）报告题 目 学 院 学 院 专 业 学生姓名 学 号 年级 级 指导教师 毕业教务处制表毕业学生姓名： xx填写 学号： xx填写 专业： xx填写 毕业设计（论文）题目： 指导教师意见：（请对论文的学术水平做出简要评述。包括选题意义；文献资料的掌握；所用资料、实验结果和计算数据的可靠性；写作规范和逻辑性；文献引用的规范性等。还须明确指出论文中存在的问题和不足之处。） 指导教师结论： （合格、不合格）指导教师姓名所在单位指导时间毕业设计（论文）评阅教师评阅意见表 学生姓名： xx填写 学号： xx填写 专业： xx填写 毕业设计（论文）题目： 农村宅基地测量技术研究 评阅意见：

2、（请对论文的学术水平做出简要评述。包括选题意义；文献资料的掌握；所用资料、实验结果和计算数据的可靠性；写作规范和逻辑性；文献引用的规范性等。还须明确指出论文中存在的问题和不足之处。）修改意见：（针对上面提出的问题和不足之处提出具体修改意见。评阅成绩合格，并可不用修改直接参加答辩的不必填此意见。）毕业设计（论文）评阅成绩 （百分制）： 评阅结论： （同意答辩、不同意答辩、修改后答辩）评阅人姓名所在单位评阅时间论文原创性声明本人郑重声明：本人所呈交的本科毕业论文农村宅基地测量技术研究，是本人在导师的指导下独立进行研究工作所取得的成果。论文中引用他人的文献、资料均已明确注出，论文中的结论和结果为本人

3、独立完成，不包含他人成果及使用过的材料。对论文的完成提供过帮助的有关人员已在文中说明并致以谢意。本人所呈交的本科毕业论文没有违反学术道德和学术规范，没有侵权行为，并愿意承担由此而产生的法律责任和法律后果。 论文作者（签字）： xx填写日期：xx填写年月日题目：水平轴风力机叶片力学性能数值模拟黄忠文 黄昭 唐明哲摘要：本文选取2KW小型水平轴风力发电机为研究对象，首先根据其实际运行工况确定风机叶片的各项参数，通过三维建模软件建立风力机叶片的实体模型，然后使用CAE软件对叶片进行额定工况下的力学仿真分析。研究其在额定风速下叶片表面的应力分布和位移情况，并校核叶片强度，结果表明叶片符合安全使用要求。

4、关键词：风力发电机叶片;三维实体建模;力学仿真分析0 引言水平轴风力发电机是一种将风的动能转化为机械能进行发电的设备，其主要包括风轮、机舱和塔架三大部分。叶片是风力发电机风轮的关键部件，叶片具有空气动力学外形，叶片的气动特性决定了风力发电机的风能利用效率，影响着风力机的发电效率1。风力机叶片表面形状比较复杂，叶片参数（弦长、扭角、翼型、直径）对风机气动性能有着决定性作用，因此计算各截面的弦长和扭角是叶片设计和建模中的关键2。由于叶片叶根处对风力发电机功率贡献较少，因此本文主要研究叶片0.3R至R处的截面参数，将叶片沿展向划分8个截面，利用Wilson设计理论计算各截面弦长、扭角数据，然后对设计

5、叶片进行三维建模与力学仿真分析，求解其应力以及位移，最后验证叶片结构强度。1 叶片数值模型的建立1.1 叶片几何参数本文以某2KW小型风力发电机为研究对象，风力机叶片设计参数如下：叶片数、叶片翼型、尖速比、叶素截面弦长、叶素扭角、最佳攻角。本文设计的风力机风轮直径为4，叶片数为3叶片，尖速比为7，额定风速为10，叶片翼型选择NACA4412，实际此翼型在水平轴风力发电机叶片设计中应用较广泛，其气動性能良好。利用基于动量叶素理论的Wilson设计方法3计算8个叶素截面的弦长和扭角。1.2 叶片实体建模采用翼型设计软件Profili将各截面的叶素曲线直接导出，并且使用三维建模软件Solidwork

6、s中的“边界”命令进行建模，在Solidworks软件中将实体模型保存为“IGS”格式，以便导入CAE软件进行分析。2 叶片的力学仿真分析2.1 叶片的材料参数本文叶片采用目前应用范围较广的玻璃钢材料，相比于其他材料，其具有抗疲劳性好、减震性好、强度高等优点。本文选取的材料参数4如下表1所示。2.2 网格划分及载荷施加叶片网格划分方式采用默认的自动划分方式。叶片在实际运行中受到离心力、重力、风压等载荷作用，其中叶片重力较小，所以在软件分析过程中不予考虑。本文主要施加离心力和风压载荷。离心力载荷主要通过额定转速来施加，风压载荷计算式5为：式中为空气密度，取1.225，为风速，取10。2.3 计算

7、结果CAE软件计算得到的等效应力图如图1所示。从图中看出，叶片根部和中部的应力较大，叶片最大应力在叶片中部位置，其值为8.16，因此最大应力小于所选用材料的许用应力，符合强度要求。通过计算得到位移图，如图2所示。由图可知，叶片叶尖部分位移变化量最大，其值为35.02，符合叶片位移的安全范围。3 结论（1）通过CAE软件计算，叶片根部和中部应力值较大，实际设计中应着重考虑这两部分。最大应力位于叶片中部，并且最大应力小于材料的许用应力，符合使用要求。（2）叶片位移变化的最大值位于叶尖部分，同样也在允许的安全范围之内。参考文献1杨贺.水平轴风力机风轮气动性能研究D.呼和浩特：内蒙古工业大学，2014.2辛东旺.风力发电机叶片三维建模及分析D.西安：西安理工大学，2018.3李国宁，杨福增，杜白石，等.基于MATLAB与Pro/E的风力机风轮设计及造型J.机械设计，2009，26（6）：3-7.4张建平，张智伟，纪海鹏，等.碳纤维与玻璃钢风力机叶片动力特性的对比分析J.上海电力学院学报，2019，35（6）：531-534+538.5王昊，范海