大型風(fēng)力機(jī)葉片有限元建模研究

張 軍，武美萍

(江南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇無錫 214122)

大型風(fēng)力機(jī)葉片有限元建模研究

張 軍，武美萍

(江南大學(xué)機(jī)械工程學(xué)院，江蘇無錫 214122)

介紹了基于ANSYS軟件的大型風(fēng)力機(jī)葉片有限元模型的直接建模方法，詳細(xì)闡述了ANSYS自底向上建模過程和步驟。對復(fù)合材料結(jié)構(gòu)有限元模型單元定義、材料參數(shù)定義、網(wǎng)格劃分等進(jìn)行了深入討論，為更好地進(jìn)行風(fēng)力機(jī)葉片結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)、強(qiáng)度分析和鋪層優(yōu)化奠定了基礎(chǔ)。

風(fēng)力機(jī)葉片;ANSYS;有限元建模;鋪層

從可再生能源的發(fā)展趨勢來看，風(fēng)能是最廉價(jià)、最清潔、最具開發(fā)價(jià)值的。風(fēng)能憑借其商業(yè)潛力和環(huán)保效益，在全球的新能源行業(yè)中創(chuàng)造了最快增速，已經(jīng)形成了一個(gè)規(guī)模巨大的風(fēng)力發(fā)電工業(yè)［1］。風(fēng)力機(jī)葉片是風(fēng)力機(jī)的核心部件，是風(fēng)力機(jī)進(jìn)行能量轉(zhuǎn)換的重要組成部分，從這個(gè)意義上講，風(fēng)力機(jī)葉片的設(shè)計(jì)是極為重要的［2］。ANSYS軟件是融結(jié)構(gòu)、流體、電場、磁場、聲場分析于一體，以有限元分析為基礎(chǔ)的大型通用CAE軟件［3］。要對風(fēng)力機(jī)葉片進(jìn)行有限元分析，必須獲得對應(yīng)的葉片模型。若通過Pro/E等建模后再導(dǎo)入ANSYS中，在導(dǎo)入過程中信息丟失和失真現(xiàn)象很嚴(yán)重，最突出的是一個(gè)表面出現(xiàn)很多互相搭接重疊的面、一條線變成很多重疊的線等［4］。而使用 ANSYS軟件直接建模能真實(shí)地模擬和反映葉片的模型，為后續(xù)的有限元分析和結(jié)構(gòu)優(yōu)化提供模型基礎(chǔ)。

1 葉片建模基礎(chǔ)

1.1 葉片翼型選擇原則

風(fēng)力機(jī)葉片通常由翼型系列組成，常用的有NACA等航空翼型系列和SERI、FFA－W等專用翼型系列。……