复合材料风机叶片RTM充填过程仿真及力学分析

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近些年由于国际能源形势紧张和环境问题日益突出,人们对新能源的需求越来越迫切。由于风能无污染,是可再生的绿色能源,其得到了迅猛的发展。目前,各国都在积极开发利用风能,我国也不例外。若要实现将风能有效地转换为电能这一目标,必须依靠风力发电机。风机叶片作为在整个风力发电机组最关键和基础的部件之一,受载情况非常复杂,其设计的规范性,工艺的合理性以及质量的可靠性直接关系到整个系统的性能和稳定运行。本课题以某一水平轴风力发电机的复合材料叶片为研究对象,从叶片设计建模、叶片RTM充填过程仿真、叶片力学分析这三个方面展开研究。采用Wilson模型,选用合适的叶片翼型、尖速比等特征参数对叶片进行设计,计算得到叶片不同半径处截面的弦长及扭角,通过坐标变换求得叶片空间坐标,通过Pro/E完成了叶片模型的建立,并得到叶片有限元模型。基于Moldflow软件平台对叶片RTM成型过程进行仿真,得到叶片充填时间、体积收缩率、残余应力、翘起变形等结果。为讨论熔料温度对成型制品的影响,对比了不同熔料温度下的充填仿真结果,得到的结论对工艺过程的优化以及叶片质量的改善有指导意义。基于有限元方法,采用ANSYS对叶片模型进行力学分析,计算得到叶片的固有频率及振型,其频率值与叶片理论频率值很接近。并讨论了导致叶片振动的四个主要原因以及防止风机叶片组发生共振的方法。在风轮以额定转速工作状态下,对叶片进行静力分析,分析其应力集中区域以及变形情况。此外,本文为研究充填成型工艺对叶片性能的影响,将包含节点、各单元数据、材料属性、残余应力等信息的Moldflow仿真结果导入到ANSYS中,对叶片进行静力分析,并与之前的静力分析结果进行对比。同时,考虑到工艺参数会对叶片性能产生影响,本文讨论了不同熔料温度下的叶片静力分析结果,并总结出熔料温度的变化对叶片性能产生的影响。
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