【摘要】：世界能源發(fā)展正面臨持續(xù)穩(wěn)定供應(yīng)、生態(tài)環(huán)境以及全球氣候變化等問(wèn)題的巨大挑戰(zhàn)。海洋能作為儲(chǔ)量豐富的綠色清潔、可持續(xù)利用的可再生能源,其開(kāi)發(fā)和利用,已經(jīng)成為科學(xué)研究的熱點(diǎn)問(wèn)題。本文針對(duì)新型雙向潮流能發(fā)電裝置復(fù)合材料渦輪葉片進(jìn)行理論研究和試驗(yàn)驗(yàn)證。首先,本文基于正交各向異性材料應(yīng)力-應(yīng)變關(guān)系所確定的復(fù)合材料剛度原理,應(yīng)用Ansys Composite Prep Post(ACP)軟件模塊對(duì)特定鋪層層合板剛度性質(zhì)進(jìn)行了計(jì)算研究,得到了彈性工程常數(shù)隨鋪層角α變化的一般規(guī)律,建立了能適用于計(jì)算機(jī)輔助分析的直徑1.5m復(fù)合材料渦輪葉片有限元模型。接下來(lái),本文應(yīng)用有限元結(jié)構(gòu)數(shù)值計(jì)算方法,利用Ansys Static Structure模塊計(jì)算分析復(fù)合材料葉片結(jié)構(gòu)強(qiáng)度,確定其最大等效應(yīng)力8.39Mpa,最大變形量11.1mm,判段復(fù)合材料葉片在設(shè)計(jì)載荷下不會(huì)發(fā)生結(jié)構(gòu)失效或者大變形,并經(jīng)靜力試驗(yàn)驗(yàn)證相同載荷下葉片各半徑處變形數(shù)據(jù)同數(shù)值計(jì)算吻合良好;利用Ansys Modal模塊分析不同鋪層方式復(fù)合材料葉片前8階振動(dòng)模態(tài),分析指出前8階固有模態(tài)大部分為彎曲振動(dòng),彎曲振動(dòng)對(duì)復(fù)合材料葉片振動(dòng)的影響較大,各階固有頻率隨鋪層角α變化呈現(xiàn)不同趨勢(shì),但各復(fù)合材料葉片一階固有頻率均超過(guò)渦輪葉片工作頻率0.25Hz,避免了發(fā)生共振的可能性。最后,本文在計(jì)算流體力學(xué)(CFD)方法以及流固耦合理論的基礎(chǔ)上,基于Ansys Workbench平臺(tái)進(jìn)行從CFX到Static Structure間的數(shù)據(jù)傳遞,對(duì)不同鋪層方式復(fù)合材料葉片進(jìn)行單向流固耦合分析,得到了多種工況下渦輪葉片的淌水系數(shù)等水動(dòng)力性能,比較了最大工況下復(fù)合材料葉片與金屬葉片的結(jié)構(gòu)響應(yīng);并根據(jù)復(fù)合材料Tsai-Wu準(zhǔn)則,校核了復(fù)合材料葉片不發(fā)生破壞失效,得到了不同鋪層方式下葉片Tsai-Wu指標(biāo)值逐層變化的趨勢(shì)。
【圖文】：

圖 1-1 復(fù)合材料組成及分類增強(qiáng)復(fù)合材料層壓結(jié)構(gòu)是復(fù)合材料結(jié)構(gòu)力學(xué)的主要研究對(duì)象下內(nèi)容：層設(shè)計(jì)，即確定增強(qiáng)及基體材料及比例以決定單層鋪層的性層設(shè)計(jì)，即安排合理的鋪層方式以決定層合板的性能；構(gòu)設(shè)計(jì)，即設(shè)計(jì)產(chǎn)品構(gòu)件的外形和尺寸[24]。層設(shè)計(jì)在復(fù)合材料結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)中最為重要，將單層復(fù)合材料按一成的薄殼層狀結(jié)構(gòu)。層合板是按照某種順序鋪放粘貼多層單向整體的結(jié)構(gòu)板。每層單向板，層合板的纖維方向，纖維與基體差異，因而層合板表現(xiàn)出各向異性或在各處厚度不均勻。1970 年代起，世界各國(guó)研究人員針對(duì)鋪層設(shè)計(jì)、優(yōu)化問(wèn)題開(kāi)展研究，逐步完善了復(fù)合材料鋪層在相關(guān)行業(yè)中的設(shè)計(jì)規(guī)律及工料鋪層設(shè)計(jì)通常從鋪層角均衡性、同一鋪層方向的層數(shù)要求、、分布均勻性以及維持層間角度偏差等方面出發(fā)的。在此基礎(chǔ)

用有限元計(jì)算頻率，提出了簡(jiǎn)化葉片為懸臂梁果；梁明軒[38]基于有限元方法分析了葉片揮效應(yīng)的影響；2010 年王建禮[39]等優(yōu)化了葉片iu 借助 Euler-Bemoum 梁模型使用推廣的 Gal葉片揮舞－扭轉(zhuǎn)耦合振動(dòng)頻率，討論了葉片響[40-41]。目前，，模態(tài)分析技術(shù)的發(fā)展已取得線性模態(tài)等理論方面研究，但在實(shí)際應(yīng)用過(guò)展，如模態(tài)分析的精度等。究現(xiàn)狀（Fluid Structure Interaction）是研究流體流動(dòng)生變形反過(guò)又作用于流場(chǎng)，使流場(chǎng)流動(dòng)狀態(tài)[42]。從控制方程的解法上看，流固耦合問(wèn)題迭代求解強(qiáng)耦合[43]，如下圖 1-2：
【學(xué)位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學(xué)
【學(xué)位級(jí)別】：碩士
【學(xué)位授予年份】：2017
【分類號(hào)】：P743;P742

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本文編號(hào)：2695123