本文關(guān)鍵詞：基于T型連接的裝配式風(fēng)電葉片結(jié)構(gòu)分析與試驗(yàn)研究

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【摘要】：隨著能源短缺、環(huán)境污染等問題日益突出,風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源受到了越來越多的關(guān)注。近年來我國新增風(fēng)電裝機(jī)容量已經(jīng)位于世界第一。隨著風(fēng)機(jī)功率逐步提高,相應(yīng)的葉片也不斷增長。我國目前使用最為廣泛的兆瓦級(jí)風(fēng)電機(jī)葉片長度一般超過40m,國外Vestas公司生產(chǎn)的V112-3.0MW風(fēng)力發(fā)電機(jī)的葉片達(dá)到了55m。葉片長度的增長帶來葉片運(yùn)輸上的困難與挑戰(zhàn)。以我國能源相對(duì)短缺的云貴川及湖南部分區(qū)域?yàn)槔?風(fēng)資源處于四類風(fēng)區(qū),年平均風(fēng)速約6.0m/s左右,必須使用長葉片來增加捕風(fēng)能力。而這些區(qū)域的風(fēng)場(chǎng)均處于高原或丘陵地區(qū),為了葉片的運(yùn)輸必須花巨資修建道路,而且運(yùn)輸困難、風(fēng)險(xiǎn)高、運(yùn)輸成本高。將大型風(fēng)電機(jī)葉片進(jìn)行分段制造和運(yùn)輸,到現(xiàn)場(chǎng)后再進(jìn)行裝配,是解決長葉片運(yùn)輸難題的有效途徑。本文在此背景下,提出了基于T型連接的預(yù)應(yīng)力裝配式風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的結(jié)構(gòu)方案,在介紹裝配式葉片的基本結(jié)構(gòu)的基礎(chǔ)上、開展了模型試驗(yàn)以及有限元分析。本文的具體介紹包括以下幾方面:(1)首先,介紹了裝配式風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的結(jié)構(gòu)選型,提出了一種預(yù)應(yīng)力裝配式風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的結(jié)構(gòu)方案,本文提出的結(jié)構(gòu)方案是基于T型連接將分段葉片裝配組裝在一起,重點(diǎn)介紹了裝配式風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的具體結(jié)構(gòu)形式。(2)其次,通過有限元軟件ABAQUS,對(duì)本文提出的裝配式風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的結(jié)構(gòu)形式,建立裝配式風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片連接段的有限元模型,根據(jù)該類型葉片實(shí)際的受力,模擬出連接段在此受力情況下的應(yīng)力水平,驗(yàn)證了本文提出的裝配式風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的結(jié)構(gòu)方案的可行性。通過預(yù)應(yīng)力的施加,保證了連接段在雙向彎矩的作用下始終保持受壓狀態(tài),避免連接處玻璃纖維出現(xiàn)拉應(yīng)力而出現(xiàn)開裂。(3)然后,設(shè)計(jì)并制作了裝配式風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片連接段中一個(gè)連接單元的模型試件,并進(jìn)行了連接單元的拉伸試驗(yàn),得到了葉片連接單元各部件的應(yīng)力情況,進(jìn)一步驗(yàn)證了裝配式風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片結(jié)構(gòu)方案的可行性。(4)最后,通過有限元軟件ABAQUS建立連接段單元的有限元模型,模擬和拉伸試驗(yàn)完全相同的受力情況,得到各部件的應(yīng)力水平,與試驗(yàn)得到的結(jié)果相對(duì)比,驗(yàn)證了試驗(yàn)結(jié)果的正確性。
【關(guān)鍵詞】：裝配式風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片 T型連接 連接段 模型 有限元分析 ABAQUS
【學(xué)位授予單位】：湖南大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2015
【分類號(hào)】：TM315
【目錄】：

• 摘要5-6
• Abstract6-11
• 第1章 緒論11-31
• 1.1 選題背景及意義11-15
• 1.1.1 選題背景11-13
• 1.1.2 選題意義13-15
• 1.2 風(fēng)力發(fā)電發(fā)展概況15-26
• 1.2.1 引言15-17
• 1.2.2 國外風(fēng)力發(fā)電發(fā)展概況17-19
• 1.2.3 我國風(fēng)力發(fā)電發(fā)展概況19-22
• 1.2.4 海上風(fēng)力發(fā)電發(fā)展概況22-26
• 1.3 風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片發(fā)展概況26-29
• 1.3.1 引言26
• 1.3.2 風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片材料的發(fā)展概況26-28
• 1.3.3 裝配式風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的發(fā)展?fàn)顩r28-29
• 1.4 本文主要研究內(nèi)容29-31
• 第2章 某兆瓦級(jí)裝配式風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)構(gòu)選型31-43
• 2.1 概述31
• 2.2 設(shè)計(jì)概要31-34
• 2.2.1 T型螺栓32-33
• 2.2.2 連接方案33-34
• 2.3 連接設(shè)計(jì)34-41
• 2.3.1 螺栓定位34-36
• 2.3.2 螺栓預(yù)拉力36-37
• 2.3.3 材料參數(shù)37
• 2.3.4 荷載工況37-38
• 2.3.5 理論驗(yàn)證38-40
• 2.3.6 葉片重量的變化40-41
• 2.4 小結(jié)41-43
• 第3章 裝配式風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片連接段有限元分析43-55
• 3.1 概述43
• 3.2 裝配式葉片連接段有限元模型的建立43-48
• 3.2.1 實(shí)體模型的建立43-46
• 3.2.2 材料屬性46
• 3.2.3 網(wǎng)格劃分46-47
• 3.2.4 荷載與邊界條件47-48
• 3.3 裝配式葉片連接段有限元結(jié)果分析48-54
• 3.3.1 最大揮舞方向結(jié)果分析48-49
• 3.3.2 最小揮舞方向結(jié)果分析49-50
• 3.3.3 最大擺振方向結(jié)果分析50-51
• 3.3.4 最小擺振方向結(jié)果分析51-54
• 3.4 小結(jié)54-55
• 第4章 裝配式葉片連接段單元比例模型試驗(yàn)研究55-82
• 4.1 概述55
• 4.2 比例模型試驗(yàn)的設(shè)計(jì)55-61
• 4.2.1 幾何相似57-59
• 4.2.2 材料相似59
• 4.2.3 荷載相似59-60
• 4.2.4 連接夾具設(shè)計(jì)60
• 4.2.5 夾具連接處強(qiáng)度驗(yàn)算60-61
• 4.3 試件的制作和試件的安裝61-70
• 4.3.1 試件的制作61-66
• 4.3.2 試件的安裝66-67
• 4.3.3 測(cè)點(diǎn)布置67-69
• 4.3.4 模型構(gòu)件的安裝69
• 4.3.5 加載制度69-70
• 4.4 材性試驗(yàn)70-71
• 4.4.1 螺桿70
• 4.4.2 玻璃鋼70-71
• 4.5 試驗(yàn)數(shù)據(jù)分析71-80
• 4.5.1 荷載位移曲線71-72
• 4.5.2 螺桿應(yīng)力應(yīng)變曲線72
• 4.5.3 玻璃鋼應(yīng)力荷載曲線72-79
• 4.5.4 分段截面處相對(duì)位移荷載曲線79-80
• 4.5.5 試驗(yàn)破壞形式80
• 4.6 小結(jié)80-82
• 第5章 裝配式葉片連接段單元比例模型有限元分析82-93
• 5.1 概述82
• 5.2 連接段單元有限元模型的建立82-83
• 5.3 連接段單元有限元結(jié)果分析83-91
• 5.3.1 預(yù)應(yīng)力階段83-85
• 5.3.2 外力荷載階段85-86
• 5.3.3 比較分析86-91
• 5.4 小結(jié)91-93
• 結(jié)論93-95
• 參考文獻(xiàn)95-100
• 致謝100-101
• 附錄A(攻讀學(xué)位期間所發(fā)表的學(xué)術(shù)論文目錄)101

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