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750kw风力发电机叶片建模与仿真分析解析750kw风力发电机叶片建模与仿真分析解析 编辑整理：尊敬的读者朋友们：这里是精品文档编辑中心，本文档内容是由我和我的同事精心编辑整理后发布的，发布之前我们对文中内容进行仔细校对，但是难免会有疏漏的地方，但是任然希望（750kw风力发电机叶片建模与仿真分析解析）的内容能够给您的工作和学习带来便利。同时也真诚的希望收到您的建议和反馈，这将是我们进步的源泉，前进的动力。本文可编辑可修改，如果觉得对您有帮助请收藏以便随时查阅，最后祝您生活愉快 业绩进步，以下为750kw风力发电机叶片建模与仿真分析解析的全部内容。 毕 业 论 文 题 目: 750KW风力机叶片建模与模态仿真分析 学院： 专业: 机械设计制造及其自动化 班级： 学号： 学生姓名： 导师姓名： 完成日期: 2014年6月20日 诚 信 声 明 本人声明：1、本人所呈交的毕业设计(论文）是在老师指导下进行的研究工作及取得的研究成果；2、据查证，除了文中特别加以标注和致谢的地方外,毕业设计（论文）中不包含其他人已经公开发表过的研究成果，也不包含为获得其他教育机构的学位而使用过的材料；3、我承诺，本人提交的毕业设计（论文）中的所有内容均真实、可信。 作者签名： 日期: 年 月 日毕业设计（论文）任务书 题目： 750KW风力机叶片建模与模态仿真分析 姓名 学院 专业 班级 学号 指导老师 职称 教研室主任 一、 基本任务及要求: 1、查阅20篇左右文献资料，撰写开题报告和文献综述。 2、确定叶片主要翼形构成、外形参数及载荷。 3、应用三维建模软件建立叶片三维实体模型. 4、应用仿真软件对复合材料叶片进行模态仿真分析。 5、改变叶片转速,讨论复合材料叶片动力刚化效应对振动的影响. 6、按照要求撰写毕业论文和打印图纸. 二、 进度安排及完成时间：2014。2.203。5：课题调研（含毕业实习及撰写毕业实习报告)、查阅文献资料。 2014.3.63。28：撰写文献综述和开题报告. 2014。3。294。8:确定叶片主要翼形构成、外形参数及载荷。 2014。4.94.19：应用三维建模软件建立叶片三维实体模型. 2014。4。204.27:应用仿真软件对复合材料叶片进行模态仿真分析。 2014。4.285。5:改变叶片转速，讨论复合材料叶片动力刚化效应对振动的影响。2014.5.65.26：撰写毕业论文、完成设计。 2014.5。276.10：整理毕业设计资料，毕业答辩。 目 录摘要IAbstractII第1章 绪 论11。1 前言11。2研究的目的和意义11.3风力机叶片气动性能的研究现状21。4风力机叶片结构分析的研究现状31.5 风力机叶片模态分析研究现状4第2章 叶片建模简介与建模软件62.1 叶片建模简介62.2 UG NX产品简介62.3 本章小结7第3章 叶片模态分析理论与ANSYS软件介绍83.1叶片模态分析理论83.2 ANSYS软件介绍93。3 本章小结10第4章 叶片外形设计与三维建模114。1风力机叶片114。2叶片结构114。3风力机叶片翼型选择及设计参数124.3。1 翼型的选择124。3.2 叶片设计参数134。3。2 叶片截面空间坐标的求解154。3。3 坐标求解方法及结果164。4 叶片实体建模174.5 本章小结20第5章 模态仿真分析215.1 分析步骤215。2 叶片在约束状态下的模态分析265。2.1壳体填充模态265.2。2 壳体模态285.2.3 结果分析295.3.预应力模态305.3。1额定转速工况305。3.2对不同转速分析325.4 本章小结32第6章 结论与展望336.1 结论336。2 展望33参 考 文 献35致 谢38750KW风力机叶片建模与模态仿真分析摘要: 本文对某型750KW水平轴风力机叶片进行研究，根据已有气动理论和相关气动软件propid来确定叶片的最优外形参数。运用UG NX7.5结合Excel软件来进行叶片的三维建模。然后，利用有限元分析软件ANSYS/Workbench对建好的模型进行模态仿真分析，获得叶片在静止状态和额定转速下的前12阶的模态振型和固有频率，得到结论，挥舞和摆振是风力机叶片的主要振动形式，从振型图可以看出，叶片的振动节点主要分布在叶尖三分之一处。从现实风机叶片疲劳破坏来看，大多数叶片折断点主要在叶尖三分之一处。在预应力叶片模态分析结果中可知，叶片从第一阶至六阶振型均表现为弯曲的振动，可见叶片的振型主要表现为挥舞弯曲振型.在不同转速下叶片的动力刚化是叶片的转动与其弹性变形相互影响的结果，转速增高,惯性力对刚度的影响增大，叶片固有频率的增加越多。 关键词：风力机叶片，三维建模,模态分析。 3D Modeling and Modal Analysis on 750KW Large Wind Turbine BladeAbstract：In this paper， a certain type of 750KW horizontal axis wind turbine blade research to determine the optimal shape of the blade aerodynamic parameters based on existing theories and associated pneumatic software propid。 UG NX7.5 use Excel software to combine three-dimensional modeling of the blade. Then， using the finite element analysis software ANSYS / Workbench to build the simulation model of modal analysis, access to the previous 12-order mode shapes and natural frequencies of the blade in the stationary state and the rated speed， conclusion, waving and shimmy major wind turbine blade vibration forms can be seen from Figure modal vibration nodes mainly in the tip of the blade third。 Fan blade fatigue damage from reality， the majority of the blade tip to break the main point in third place。 Seen in prestressed modal analysis results leaves， leaves from the first-order vibration mode showed six bending vibration mode shapes of leaves visible mainly for waving bending modes. Power at different speeds of the blade is just the result of elastic deformation of the blade with the rotation of the interaction， the speed increases, the inertia force to increase the stiffness, the more the increase of the natural frequency of the blade.Key words: wind turbine blades, 3D modeling, modal analysis。I 第1章 绪 论1.1 前言近年来风力发电行业取得了快速发展1,并且风力发电机正朝着大型化的方向发展。叶片作为风力发电机上捕捉风能关键部件，其曲面设计复杂困难。叶片在朝大型化发展过程中，其自重增加，展长增大，同时承载复杂载荷，主要有重力载荷、惯性载荷和不定常变化的气动载荷，风机运行过程中受到这些周期性载荷，必然会产生持续的周期性振动,主要有挥舞,摆振以及扭振三种振动形式.振动问题会引起机构的疲劳损伤和破坏，影响设备的运行稳定性,这给大型风力机叶片的设计提出更大挑战。本文针对大型风力机叶片设计中的这些棘手问题,对大型风力机叶片三维模型建模和模态分析开展研究。1。2研究的目的和意义大自然中的风能具有不稳定、能量密度低地域分散等特点,风力机长期处在较为恶劣的大气环境中工作，长期受风剪切、表面污染腐蚀的影响，从而引起复杂的气动问题和流固耦合问题，对其安全性、可靠性提出了很高的要求。叶片是风力机组件中结构最为复杂的装置，风力机的大型化对叶片设计和制造工艺的要求也逐渐提高。风力机叶片的设计过程中包括叶片的气动设计和结构设计，气动设计主要根据空气动力学原理设计确定叶片的几何外形、表面光洁度等,其目的是确保风力机叶片得到较高的升力，能更好的获取风能。结构设计主要是确定叶片的内部铺层等，确保叶片在受到离心力、弯扭距等情况下能够不发生失稳和局部较大变形，保证风力机安全稳定的运行2。为了获得较好的气动性能，多把风力机叶片设计成不对称形状，这也加大了风力机叶片气动分析的难度。CFD的数值模拟方法是目前较为常用的叶片气动性能分析方法，这些方法已成功应用于湍流、风剪切、偏航、塔影等各种定常与非定常的气动现象的理论研究与工程应用中。由于风场中测风塔的数量限制，不同位置处的剪切风速分布亦可通过CFD软件求得。2000年NREL Phase VI盲比实验证明了CFD技术已成为分析叶片气动性能强有力的研究手段，即使是在流动具有很强三维性和深度失速的条件下3。叶片大型化的发展趋势对其材料、强度、刚度、重量等方面的铺层结构设计提出了更高的要求，从而需要对叶片各部分的应力特征进行比较准确的分析来指导叶片的铺层结构设计4。风力机叶片的结构分析主要包括模态分析、应力应变分析、疲劳寿命分析和流固耦合分析等.常见的分析方法有实验分析和有限元分析，实验分析由于成本、可行性等因素只适用于尺寸较小的叶片，现在大型的风力机叶片更多采用有限元分析的方法.我国的风力机制造行业相对国外起步较晚，虽然目前我们在世界风电行业的制造生产能力位于前列，但是我们还有很多不足。我们得核心技术没有外国企业先进，很多技术还需要向外国企业购买,但由于很多核心技术的保密性,我们国内的风力机生产制造水平与外国企业还有一点的差距,因此,对于提高我国风力机叶片自主研发能力,探索提高叶片的气动性能分析和结构分析准确性的方法，具有十分重要的意义。1.3风力机叶片气动性能的研究现状目前水平轴风力机气动分析方法主要有实验和数值计算两大类。实验方法包含风场测量和风洞实验,数值计算包括功率计算、动量叶素理论、涡流理论、渐进加速势方法、CFD方法以及混合方法等。空气动力学是目前世界科学领域里最为活跃、最具有发展潜力的学科之一。世界各发达国家对空气动力学的发展都给予了高度重视，不惜花费巨额资金建设空气动力试验设施并开展研究工作.风力机模型进行风洞试验时,风力机风轮模型要求满足一定的相似准则：（1)几何相似，风力机的实物和风轮模型几何形状相似;(2)运动相似，风力机实物和风轮模型的叶尖速比相同;(3)动力相似，风力机实物和风轮模型的雷诺数相同。由此可知,如果风力机模型和实物的比例取1：10，为了保证风力机模型和实物的运动相似和动力相似,要求风力机模型试验时的风轮转速是实物运行的风轮转速的100倍，也要求模型试验时的风速是实物运行风速的10倍.大中型风力机的模型与实物的比例大,对风力机模型的转速和来流风速都有很高的要求,这时不仅要考虑空气压缩性的影响，对风轮模型的设计也带来很大的困难。随着计算机技术的飞速发展，数值模拟软件的计算水平也在快速的提高。先进的商用CFD数值模拟软件通过在旋转坐标系下对三维的NS控制方程进行求解，通过添加湍流模型来解决粘性问题，为风力机气动性能的研究提供了精确的气动参数.Agarwal和Dees5通过修正风力机叶片刨面的迎角估计了尾流对叶片的影响,并且求解了欧拉方程的尾迹流场。Duque，Van Dam和Hughes6利用CFD方法求解了纳维斯托克斯(N-S）方程,并与实验结果进行了比较。Madsen7.对比分析了CFD方法和动量理论方法的计算结果。Banesley，John，Naramore，Wood8-13等采用CFD方法对风力机在失速情况下的流场进行了数值分析。早期的学者对风力机的CFD数值模拟投入了大量的精力，也获得和可喜的成绩，为现在的风力机气动分析打下了良好的基础。随着数值计算、网格生成、边界层、湍流模型等技术的不断完善，CFD数值模拟必然会成为风力机气动研究的可靠方法，对风力机CFD模拟研究对风力机设计、气动性能的计算等不仅具有一定的学术意义，还有很高的工程价值。1。4风力机叶片结构分析的研究现状风力机叶片的振动性能对风力机叶片的载荷分布、可靠性、安全性都要直接的影响。由于风力机叶片几何外形的不对称性、风剪切、旋转的因素,风力机叶片受到的载荷具有随机性和交变性，叶片的振动是不可避免的。风力机叶片的振动是风力机的主要振动，对风力机叶片的结构动力学分析也是风力机分析中的重要一环。国外的风电技术相比中国已经相当成熟，但结构分析大多基于小变形理论，现在已经开始进行非线性分析.目前,国外的风力机计算机辅助设计的制造技术已经成熟并走向商业应用.代表性的软件有英国的Garrad hassan公司研制的“Bladed For Windows”、荷兰Delft大学研制的“FOCUS和ECN公司研制的“PHATASII”14。WT_Perf是美国俄勒冈州立大学编写的使用动力叶素理论来预测风力机性能的程序，美国国家风能技术中间的员工对其进行了改进并增加了很多新的功能和算法15。美国国家可再生能源实验室下属的国家风能技术中心在风力机分析和设计方面开发了几个程序：ADAMS，FAST_AD和YawDyn等，不同程序对应不同的功能.其中ADAMS是一款可视化的商用多体动力学分析软件，FAST_AD和YawDyn是俄亥俄州立大学开发的用于性能和结构响应的计算程序16.Donghoon Lee等17采用一种基于把风力机看成是带有刚性体和柔性体的多柔性体系统。M。H。Hansen18利用特征值的方法来分析风力机气动稳定性.Anders Ahlstrom用非线性有限元软件MSC。MARC对风力机进行分析19。Md。Quamrul ISLAM和A。K.M。Sadrul ISLAM使用片条理论和叶栅理论对水平轴风力机的气动性能进行了计算分析，并指出在低叶尖速比是叶栅理论计算效果更好20，Wilson21等面试了ADC程序，ADC建立了2桨叶HAWT模型。该模型包括了叶片的挥舞、转子的摆动偏转、塔架的顺风向横风向运动和传动链柔性，该程序允许输入具有不同尺寸、刚度和重量的桨叶,并可处理剪切风、塔影效应和湍流问题。信伟平22引一利用自行开发的BLADE DESIGN FOR WINDOWS中的叶片结构分析模块,建立叶片有限元模型,进行了风力机旋转叶片的动力特性及响应分析。陈彦23利用有限元法研究了桨叶与转子、机舱、塔架的动力响应。韩新月24建立了风力机叶片在桨距角和转速变化时的动态气动分析模型，并对风力机叶片进行了结构动力分析及优化设计。何婧等采用动量叶素理论进行风力机气动性能的计算分析，并用有限元模型对塔架进行了模态分析，建立风力机ADAMS柔性多体动力学仿真模型，并在MATLABSimulink环境下建立风力机传动链的数学模型，同时进行传动链系统的编程运算，充分考虑了气弹耦合特性以及传动系统的影响,最终实现在MATLABSimulink和ASAMS基础上对风力机系统振动性能的联合仿真25.仿真数据同国家著名的风力机分析软件Bladed计算数据进行了比较，分析表明，改联合仿真方法可以较好的模拟风力机的振动特性26。1。5 风力机叶片模态分析研究现状模态分析是研究结构动力特性的一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用。模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型.这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析.这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的，则称为计算模态分析；如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数，称为试验模态分析。通常，理论计算和实验研究都是相互补充和相互促进。有限元计算确定计算结构的动力学模型,然后使用实验确定特征参数等，在动力学模型的基础上可以计算整个结构对激励的响应，以及进行结构动力学优化修改。赵娜等27以1MW水平轴风力机叶片为例，应用ANSYS有限元软件，通过APDL参数化语言实现风力机叶片的有限元建模。利用ANSYS建模技术对风力机叶片进行模态分析及稳定性分析。李德源等28水平轴风力机旋转风轮振动模态汁算分析方法和影响固有频率汁箅结果的因素进行了研究。应用多体动力学的方法探讨了旋转叶片动力刚化效应产生的原因；考察了叶片动力刚化效应阱及玻璃钢复合材料的各向异性性质对叶片振动模态的影响。王旭元等29利用ANSYS有限元软件，建立复合材料风力机叶片的有限元模型,输入复合材料特性参数，施加边界条件，求解计算，确定风力机叶片模态和频率，为叶片铺层结构设计提供依据。张春丽等30采用桥联理论与有限元软件结合的方法，对三维结构复杂的复合材料风机叶片逐次破坏过程和极限承受载能力进行了数值模拟和计算，同时利用NREL开发的专门计算合法材料和叶片性能的Precomp程序计算出叶片截面的力学参数。第2章 叶片建模简介与建模软件2.1 叶片建模简介随着高性能计算机的普及数值模拟技术的飞速发展风力机的气动模拟计算、振动模拟计算等都对风力机的三维造型有更高的要求。风力机叶片又是风力机中最关键也是受力最复杂的部件其设计的好坏对整个风力机的性能有着决定性的意义31。然而，由于风机叶片的外形与内部结构较为复杂,一般由前缘、后缘、梁帽、腹板等不同区域组成的，不同的区域具有不同的复合材料铺层，因此在结构分析的三维壳模型建模过程中必须把叶片壳体按照铺层方式的不同分割为不同的材料面，以便对其赋予各自的复合材料参数。特别是在翼展方向存在扭转角和渐缩的弦长.叶片的三维建模就很困难，目前来讲,风力机叶片建模有两种方法是: 第一种是采用三维建模软件如Pro/E/、UG、Solidworks等建立模式，一般步骤是首先通过坐标变换得到三维坐标系，然后将所得到的点输入至 UG 或者其他三维建模软件，再绘制出相应的曲线，最后生成相应的叶片模型3237。第二种是利用ANSYS直接建模。本文就是基于通用的办公软件EXCEL和强大的曲面建模功能软件UG对风力机叶片进行三维建模研究并应用该方法对750kW水平轴风力机叶片进行参数化建模为后续的工作,即对叶片气动性能叶片的刚度、强度和使用寿命等性能分析奠定了强有力的基础2.2 UG NX产品简介SIEMENS PLM Software 的旗舰数字化产品开发解决方案NX软件性能优良、集成度高，功能涵盖了产品的整个开发和制造等过程。NX建立在为客户提供优秀的解决方案的成功经验基础之上，这些解决方案可以全面地改善设计过程的效率，削减成本，并缩短进入市场的时间。NX的独特之处是知识管理基础，工程专业人员可以使用其来推动革新以创建出更大的利润，还可以管理生产和系统性能知识，并根据已知准测来确认每一设计决策。利用NC建模功能，工业设计师能过迅速地建立和改进复杂的产品形状，并且使用先进的渲染和可视化工具来最大限度满足设计概念的审美要求。UG实体建模模块将基十约束的特征造型功能和显式的直接儿何造型功能无缝地集成一体，提供业界最强大的复合建模功能,使用户可充分利用集成在先进的参数化特征造型环境中的传统实体、曲面和线架功能。该模块提供用于快速有效地进行概念设计的变量化草图工具、尺寸驱动编辑和用于一般建模和编辑的工具,使用户既可以进行参数化建模又可以方便地用非参数方法生成二维、三维线架模型，扫掠和旋转实体以及进行布尔运算；也可以部分参数化或将非参数化模型后参数化，方便地生成复杂机械零件的实体模型。UG自由曲面建模模块独创地把实体和曲面建模技术融合在一组强大的工具中，提供生成、编辑和评估复杂曲面的强大功能，可以方便地设计如飞机、汽车、电视机及其他工业造型设计产品上的复杂自由曲面形状.这些技术包括直纹面、扫描面、通过一组曲线的自由曲面、通过两组正交曲线的自由曲面、曲线广义扫掠、标准二次曲线方法放样、等半径和变半径倒圆、广义二次曲线倒圆、两张及多张曲面间的光顺桥接、动态拉动、等矩或不等距偏置、曲面剪裁编辑等。该模块同时支持通过一组曲线线架逼近或通过测量点云逼近生成曲面等逆向工程的功能。生成的曲面模型既可通过修改定义曲面的曲线、改变参数数值，也可利用图形或数学规律来控制曲面形状，例如可变半径倒圆角或可修改截面积的扫掠曲面.生成的曲面模型与所有其他Unigraphics功能完全集成.该模块还包括了易于使用的复杂曲面形状、尺寸和曲率光照评估检查工具。2。3 本章小结本章主要介绍了风力机叶片的建模方法和本文建模用到的软件UG NX7。5在三维建模方面的优势,为后续的建模工作奠下坚定的基础。第3章 叶片模态分析理论与ANSYS软件介绍风力机结构动态特性分析涉及多方面的内容，其中主要是研究风轮的固有频率和振型，从而分析风力机在外载荷作用下的结构动力学特性。目前研究静止风轮结构动态特性广泛采用的是模态分析。它的主要方法是将耦合的运动方程组解耦成为相互独立的方程，通过求解每个独立的方程得到各模态的特性参数,进而就可以用所求得的模态参数来预测和分析该系统的运动特性等。模态分析分为计算模态分析和试验模态分析两种。试验模态分析针对具体的叶片进行,结果可靠，因此本文中采用试验模态分析的方法来研究风力机的结构动力学特性。风力机是旋转机械，风轮旋转过程中，固有频率会随着转速的升高而升高，这涉及到动频问题。3.1叶片模态分析理论模态分析技术从20世纪60年代后期发展至今已趋成熟，它和有限元分析技术一起成为结构动力学的两大支柱模态分析作为一种“逆问题”分析方法，是建立在实验基础上的，采用实验与理论相结合的方法来处理工程中的振动问题。模态分析是研究结构动力特性一种近代方法，是系统辨别方法在工程振动领域中的应用.模态是机械结构的固有振动特性，每一个模态具有特定的固有频率、阻尼比和模态振型。这些模态参数可以由计算或试验分析取得，这样一个计算或试验分析过程称为模态分析。这个分析过程如果是由有限元计算的方法取得的,则称为计算模记分析；如果通过试验将采集的系统输入与输出信号经过参数识别获得模态参数，称为试验模态分析。通常，模态分析都是指试验模态分析。模态分析的经典定义：将线性定常系统振动微分方程组中的物理坐标变换为模态坐标，使方程组解耦，成为一组以模态坐标及模态参数描述的独立方程，以便求出系统的模态参数。坐标变换的变换矩阵为模态矩阵，其每列为模态振型。模态分析是用来确定结构的振动特性的一种技术，这些振动特性包括固有频率、振型、振型参与系数(即在特定方向上某个振型在多大程度上参与了振动）等。模态分析是所有分析类型中的最基础的内容。机械结构系统通用运动方程为: M+C+Ku=F（t) (3.1)M为质量矩阵；为加速度向量；C为阻尼矩阵;u为位移向量;K为刚度矩阵;F（t）为作用力向量。 当结构自由振动时,F（t)=0，忽略阻尼项： M + K u =0 (3.2）风力机叶片与轮载之间的连接可认为是固定连接，即叶片根部节点的自由度被约束，也就是说根部节点的自由度为0.风力机受力情况复杂,叶片受到的动载荷是风载荷，因为周期激振作用,必须对其做动力学研究38。摆振就是叶片在旋转平面内的摆动;挥舞就是叶片在垂直于旋转面上的运动;扭振是叶片绕展向轴的扭转。风机叶片的振动方式主要是这三种39。3.2 ANSYS软件介绍ANSYS软件是融结构、流体、电场、磁场、声场分析于一体的大型通用有限元分析软件。它能与多数CAD软件接口，实现数据的共享和交换，如ProEngineer，UG, AutoCAD等, 是现代产品设计中的高级CAD工具之一.软件主要包括三个部分：前处理模块，分析计算模块和后处理模块。前处理模块提供了一个强大的实体建模及网格划分工具，可以方便地利用其构造有限元模型;分析计算模块包括结构分析（可进行线性分析、非线性分析和高度非线性分析）、流体动力学分析、电磁场分析、声场分析、压电分析以及多物理场的耦合分析，可模拟多种物理介质的相互作用，具有灵敏度分析及优化分析能力；后处理模块可将计算结果以彩色等值线显示、梯度显示、矢量显示、粒子流迹显示、立体切片显示、透明及半透明显示（可看到结构内部)等图形方式显示出来，也可将计算结果以图表、曲线形式显示或输出。软件提供了100种以上的单元类型，用来模拟工程中的各种结构和材料.自ANSYS 7。0开始,ANSYS公司推出了ANSYS经典版（Mechanical APDL）和ANSYS Workbench版两个版本，并且目前均已开发至15.0版本。ANSYS Workbench提出的背景主要是：传统CAE软件在设计研发中的不足；对分析人员的要求高，主要是有限元的概念，与相关行业功能结合较少；数据接口与共享不方便,处理模型的功能较弱;主要是设计后期使用，而不是贯穿整个设计过程。ANSYS Workbench 主要又四个模块组成：Design Modeler（几何建立模块）用了建立CAD几何模型，为分析准备；Design Simulation（计算仿真模块）是用ANSYS的分析模块，实现网络划分、求解以及后处理；Design Xplorer（优化模块）用于研究变量的输入（几何、载荷等）对响应（应力、频率等）的影响，可实现优化；FE Modeler(有限元模型转化模块）用了把其他有限元网格模型转化为ANSYS识别的数据库文件。 ANSYS有限元在风力机结构有限元分析中的应用。由于ANSYS软件有着许多优点，目前已广泛用于核工业、铁道、石油化工、航空航天、机械制造、能源、交通、国防军工、通用机械等一般工业及科学研究。风力机械作为通用机械,亦可以用ANSYS软件来对其进行优化设计、分析等.随着大功率风力机的出现和风力发电设备国产化进程不断加快，ANSYS软件已应用于风电机组一些部件的结构设计与分析中，如塔架、齿轮、机舱、轮毂、叶片和整个风轮等,但这些分析主要集中在模态分析上。本课题主要应用ANSYS软件对风力机当个叶片及风轮进行模态分析，通过模态分析计算叶片无预应力和有预应力情况下的固有频率和振型。这将拓展ANSYS有限元软件在风力机中的应用。3.3 本章小结本章介绍了模态分析的理论和方法，以及介绍了本文模态分析用到的软件和该软件在模态分析方面的优势，为后续模态分析奠定了基础。第4章 叶片外形设计与三维建模4.1风力机叶片叶片是风力机的关键部件之一，它涉及到气动、复合材料结构、工艺等。在兆瓦级风电机组中，叶片技术更为关键。如750KW主力型风力机叶片长2427m,每片重2t左右,设计制造难度还是很高。国外最著名的叶片公司是丹麦的LM公司，它是世界上最大的全球叶片生产商,世界上正在运行的风力机将近13以上是LM公司的。目前商品化的大型风力机叶片大多采用玻璃纤维复合材料（GFRP），对于长度大于40m的叶片可以采用碳玻璃混杂复合材料,但由于碳纤维价格昂贵等因素，还是未能全面使用.玻璃纤维增强复合材料的风力发电机叶片具有一下特点：可以根据叶片的受力形式及特点来设计满足叶片的刚度和强度.叶片振动主要是挥舞，也就是主要承受纵向受力，即离心力和气动弯曲载荷，气动弯曲的载荷要比离心力载荷大很多，剪切和扭转所引起的剪应力倒不大。考虑纤维主方向受力为主，可以把大部分纤维安放在叶片的展向，这样既能满足强度和刚度的要求，还可以减轻叶片的重量。叶片容易成型,在风轮不同的半径处，叶片的弦长、厚度、扭角和翼型都是不同的，用金属制造十分困难.叶片设计寿命一般是20年，要求经受108次以上的疲劳交变，因此对材料的疲劳性能要求要好，而GFRP的疲劳强度较高，缺口敏感性也很低,内阻尼大，抗振性能好.GFRP具有很好的耐腐蚀性.风力机都是在户外，沿海也分布很多,叶片受气候的影响，对叶片材料的要求具有耐酸、碱、水汽。4.2叶片结构任何类型叶片,尽管受力状态十分复杂，但主要承载沿叶轴的纵向力，即离心力和弯曲力。在高转速的螺旋桨中，飞机螺旋桨叶片，离心应力和弯曲应力之比高达310或更高；在中等转速的叶片中，离心应力和弯曲应力属同一量级；而在低转速的；而在低转速的风力机叶片中弯曲应力则比离心应力大，特别是大型叶片中。叶片剖面结构形式的设计，是叶片叶身设计的重要环节，它的设计好坏，对叶片构性能影响很大。除了小型叶片外，玻璃钢叶片一般不采用实心结构，因为空腹薄壁结构既能提高叶片的整体刚度又可以减轻重量。由于薄壁结构在受载时比较容易引起失稳或局部变形过大，因此除了外载荷较小的叶片可以直接用空腹薄壁结构外，为了提高叶片总体刚度，增加承载能力，防止局部失稳,可根据具体情况分别设置大梁、肋条(剪切腹板)，或在空腹内填充硬质泡沫塑料。4。3风力机叶片翼型选择及设计参数4.3。1 翼型的选择现代风力机通常是采用三叶片的上风或下风结构。风力机叶展形状、翼型形状与风力发电机的空气动力特性密切相关.一台好的风力机应当尽量增加升力而减小阻力，使之尽量趋于最大值，以增加风力机的风能利用系数.叶片通常由翼型系列组成。由于叶片根部各翼型力臂较小，对风力机风轮输出扭矩贡献不大，所以叶片根部对风力机性能影响较小，主要考虑加工方便和强度问题。在尖部采用薄翼型以满足高升阻比的要求；根部采用相同翼型或较大升力系数翼型的较厚形式，以满足结构强度的需要。典型运行工况下的雷诺数范围是51052106 。常用的翼型有NACA44xx系列、NACA644xx系列和NACA230xx系列等航空翼型:专用翼型有美国的SERI翼型系列以及NREL翼型系列、丹麦的RIS-A系列翼型和瑞典的FFAW系列翼型族。本文所采用NRELs系列的翼型s818、s825、s826，该翼型来自美国windPAT项目研究结果。翼型图如下表所示 图4。2 s818翼型图图4。3 s825翼型图图4。4 s826翼型图4。1 各组翼型坐标cyinderS818S825S826x/cy/cx/cy/cx/cy/cx/cy/c101010100.999013-0.03140.996280.0011720.996570.0010280.996640.0009850。996057-0。062670.9857490。0050420.9868180。0044480.9870560。0042650。991144-0。093690。9697330.0115670。971880.0102310。9723140。0098340.9842920.124340。9493310.0199330.9527170.0176620.9533320。0170370.