風力發電機葉片結構優化和模態分析

蘆麗麗 祁文軍 陳海霞

摘要：弦長和安裝角對風能利用率有很大的影響。以Wilson理論為基礎，運用MTALAB 優化工具箱的Fmincon函數，計算出葉片的弦長和安裝角，并利用曲線擬合工具箱進行曲線擬合，運用UG建模，之后通過ACP對葉片進行復合材料鋪層設計以及模態分析。分析表明：葉片內腔中加入PVC硬質塑料后，使葉片的固有頻率能達到基本要求，從而為改善葉片的綜合性能提供參考。

關鍵詞：

葉片；優化；復合材料；ACP

DOI：1015938/jjhust201705002

中圖分類號： TK83

文獻標志碼： A

文章編號： 1007-2683（2017）05-0007-06

Structural Optimization and Modal Analysis of Wind Turbine Blades

LU Lili1，2，QI Wenjun1，2，CHEN Haixia1，2，WANG Liangying1，2

（1.School of Mechanical Engineering， Xinjiang University， Urumchi 830008， China；

2.State Key Laboratory of Mechanical Manufacturing Systems Engineering， Xi'an 710049， China）

Abstract：In this paper， based on the theory of Wilson， using function and MTALAB software optimization toolbox， the chord length and twist angle of the blade are calculated， and curve fitting using toolbox， setting model using UG After that， using ACP to complete composite layer design on blade and nature modal Analysis shows that after joining the PVC hard plastic blade in the inner chamber， the natural frequencies of the blade can meet the basic requirements， provide example for improving the comprehensive performance of blade

Keywords：blade； optimizing ；composite material； ACP

收稿日期： 2016-03-02

基金項目： 國家重點實驗室開放課題研究基金（sklms2014006）

作者簡介：

蘆麗麗（1993—），女，碩士研究生；

祁文軍（1968—），女，教授；

陳海霞（1988—），男，碩士

0前言

葉片是風力發電機最為復雜和關鍵的零部件，葉片性能的好壞將會直接影響到風力發電機的效率和使用壽命。目前大型風力發電機的葉片基本上由各種復合材料制成，因此葉片與復合材料技術有著密切的聯系。為了實現葉片經濟效益的最大化，在葉片結構設計階段，葉片的模型設計和鋪層結構優化設計顯得尤為關鍵。目前大多研究主要集中在葉片的氣動性能分析，以及葉片所使用的復合材料的性能問題。國內有很多學者對此均進行了深入研究：汕頭大學的李德源與葉枝全研究了風機模態分析的方法和影響因素，運用ANSYS對600kW的葉片進行模態分析，定量地分析了固有頻率對復合材料葉片的影響[1]；王博與祁文軍利用ANSYS對20kW風機旋轉葉片有預應力狀態的振動模態分析，得到了其前十階振動頻率和振型，發現實驗結果和理論值誤差很小，只有-35%，并對其運行時的安全穩定性進行了驗證[2]；……