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风轮叶片是整个风力机中最关键的部件,在很大程度上决定了风力发电机的性能和寿命。因此,叶片的设计、动力学分析和疲劳分析尤为重要。随着CAD软件技术在风力发电技术中的应用,采用几何建模软件和有限元分析软件可以实现对叶片的模拟分析。 首先,本文结合空气动力学相关理论并用改进的Wilson模型计算叶片各截面参数。利用几何PROE建模软件对600W小型水平轴-风力机叶片进行建模,得到叶片实体模型。 然后,基于振动分析相关理论,对叶片进行振动模态分析,得到叶片在静止状态下和旋转状态下的各阶振动频率和振型,为避免结构共振提供了依据。旋转状态下叶片的固有频率明显大于静止状态下叶片的固有频率,符合旋转叶片应力刚化理论。 其次,根据风力机叶片所受载荷的形式(风力机载荷主要考虑重力载荷、惯性载荷和气动载)分析比较了不同载荷对叶片强度的影响。同时分析计算了切入风速、额定风速、大风速和切出风速这四种风况下叶片的强度(并考虑了叶片是否能承受极限风速),结果表明叶片的强度满足设计要求。 最后,本文以额定风况下叶片寿命来大致估算整个风力机叶片寿命。在半经验半理论的基础上,利用ANSYS软件中的疲劳分析模块对叶片进行寿命估算,结果表明所设计叶片满足预期寿命。 本文通过理论分析和对600W小型水平轴风力机叶片有限元模拟计算,所作的研究对其它风轮叶片及其他类似结构的动力学分析、静强度分析和疲劳寿命分析具有一定的借鉴意义。