基于协同仿真风力发电机叶片疲劳研究

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1、2010年4月机床与液压Apr．2010第38卷第7期MACHINETOOL&HYDRAULICSVo1．38No．7DOI：10．3969／j．issn．1001—3881．2010．07．032基于协同仿真的风力发电机叶片的疲劳研究任国栋，孙文磊，任秀玲(新疆大学机械工程学院，新疆鸟鲁木齐830008)摘要：对反求得到的叶片实体，应用动力学仿真软件ADAMS和有限元分析软件Ansys进行协同仿真确定叶片疲劳载荷谱以及利用线性损伤累积理论分析玻璃钢叶片的疲劳问题，得到叶片疲劳寿命等数据，为产品的再设计、再创新提供参考

2、。关键词：协同仿真；叶片；疲劳；风力机载荷中图分类号：TK474．8+11；TP391．72文献标识码：A文章编号：1001—3881(2010)7—099—4FatigueResearchonVaneofWindPowerGeneratorBasedonCo-simulationRENGuodong．SUNWenlei．RENXiuling(DepartmentofMechanicalEngineering，XinjiangUniversity，UrumqiXi~iang830008，China)Abstract：T

3、akingthesolidmoduleofvanebasedOnreversetechnologyasanobject，thefatigueloadspectrumofthevanewasgotthroughco．simulationofdynamicsimulationsoftwareADAMSandfiniteelementanalysissoftwareAnsys．Fatigueproblemofvanewasanalyzedbylinearcumulativedamagetheory，andthefatigue

4、lifedataweregained．Keywords：Co．simulation；Vane；Fatigue；Loadofwindpowe．rgenerator在日益激烈的市场竞争中，产品寿命和可靠性成响：阵风、湍流、风剪、斜风、偏航、起动刹车、重为人们越来越关注的焦点。每年因结构疲劳，大量产力与惯性力、冰雪载荷等，其中有确定性载荷和随机品在其有效寿命期内报废，由于疲劳破坏而造成的恶的载荷，叶片载荷比较复杂。因此风力机玻璃钢叶片性事故也时有出现，因此许多企业将耐久性定为产品设计的重要部分之一是疲劳强度分析。而疲劳分析通

5、质量控制的重要指标。在传统的设计过程中，机械产常采用确定性的和随机的方法。品的疲劳寿命通常通过物理样机的耐久性试验得到，1叶片模型构建不但耗资巨大，而且许多与失效相关的参数也不可能1．1扫描叶片在实验中得出，试验结论往往受许多偶然因素的影通过光学扫描仪对实物进行扫描，扫描出来的点响。产品投放市场后，耐久性问题的出现使许多新产云经过数据拼合、对齐，图1是分片扫描的点云构成品失去竞争力，给企业带来极大的经济损失，同时又～个整体的实物点云。使企业蒙受巨大的负面影响。在中国，耐久性与可靠性问题更是普遍存在，是国产产品缺乏竞争力

6、的最重要因素之一。因此为了再设计、再创新，有必要进行图1处理过的叶片点云疲劳分析。1．2点云重构近年来，世界风力发电得到了很大的发展，全世叶片重构采用的是逆向工程软件Imagewarel2．0，界风力机组装机容量每年以30％幅度递增，单机容重构好的衄面是封闭的曲面壳体，不是实体，因此需量也有递增的趋势。600～1oookW机组成为内陆风要导入到UG软件中进行缝合处理，使之成为实体，电场的主力机型，配套的玻璃钢叶片长19～29in。为后续的有限元分析奠定了基础。叶片实体模型如图近海风电场用的容量更大的2000kW以上风力

7、机组2所示。页已投入批量生产。目前我国已研制成功600kW风力机组及配套的玻璃钢叶片，兆瓦级大型风力机组及配套叶片的研制也在规划之中。风力发电机在整个使图2在UG中重构出的实体模型用期间，叶片受到各种外界环境及风载荷的组合影收稿日期：2009—03—31基金项目：国家自然科学基金项目(50765007)；新疆高校科研重点项目(XJEDU2005103)作者简介：任国栋(1978一)，男，硕士研究生，主要研究方向为数字化设计与制造。电话：15981790582，E—mail：rgd0418@yahoo．com．en。·1

8、00·机床与液压第38卷1．3叶片外皮与内部框架结构装配劳分析是一种可行的办法。对UG处理后的实体进行抽壳，抽壳厚度为利用有限元分析软件10mm，作为叶片的外皮，与里面的钢材框架结构进Ansys通过初始条件如风行装配，才是现实中的风力发电机叶片。速、风向等参数对玻璃钢2导致疲劳破坏的主要因素叶片进行流体分析，得到疲劳是指结构在低于