基于有限元分析理論,利用MSC. Patran/ Nastr an 對某 MW級風力發電機組復合材料機艙罩的結構強度進行分析。通過比較多種殼單元特點確定以 shell 單元為機艙罩的建模單元。對特殊結構板的鋪層方法進行了研究, 有孔板采取先補單元再鋪層的方法,多曲率板采取更改鋪層起始點或劃分區域鋪層的方法。對機艙罩有限元模型的邊界約束和施加的載荷進行了研究, 并進行了靜強度和模態分析。計算結果表明機艙罩不會發生分層破壞,固有頻率遠離激振頻率,不會發生共振破壞。
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風是一種清潔能源, 我國大型風力發電機組的研制開始于20 世紀80 年代。目前國內風力發電技術主要集中在控制系統、結構分析和生產工藝等研究。國內的結構分析主要針對重要傳動部件和承力部件, 如輪轂、主軸、機架及塔筒等部件。隨著復合材料制造風機部件的技術不斷革新, 許多新型材料的風機部件的結構強度開始受到工程上的關注, 尤其是葉片和機艙罩。基于上述研究背景,本文以某大型風力發電機為例,對復合材料機艙罩的靜強度和模態進行了計算 分析。
風力發電機組機艙罩為大型殼體結構, 用于保護機艙內的機械和電氣部件免受陽光、雨水、冰雪的影響。MW 級機艙罩長7~ 10m,寬3~ 4m, 高約4m,由
于尺寸龐大,無法整體成型制造,需將機艙罩分成多塊 殼體單獨成型。裝機時, 待關鍵部件裝在主機架上后,先將有掛件的殼體掛在主機架上, 再將其他殼體通過某種聯接方式整合 , 本文所研究的機艙罩各殼體通 過螺栓聯接整合。
由于機艙罩主要起保護作用, 而不是傳遞載荷,并且機艙罩安裝在塔筒頂部,所受載荷主要是自重和部分外部載荷,通常用輕型材料制成。復合材料具有比重小,比強度大等優點,在風力發電機行業內得到廣泛的應用,尤其適用于制造葉片和機艙罩。
由于機艙罩主要起保護作用, 而不是傳遞載荷,并且機艙罩安裝在塔筒頂部,所受載荷主要是自重和部分外部載荷,通常用輕型材料制成。復合材料具有比重小,比強度大等優點,在風力發電機行業內得到廣泛的應用,尤其適用于制造葉片和機艙罩。
關于復合材料力學性能的研究, 國際上都已經形成了經典理論, 但是目前國內對復合材料產品強度分析方法[ 4] 還沒有相應的規范。有限元分析是用數學近似的方法對真實物理系統的模擬, 通過在有限元分析軟件中建立模型并施加邊界條件和載荷, 對機械零件 的強度進行分析。
本文基于經典復合材料有限元分析理論, 使用MSC. Patran 中專業的復合材料分析模塊 Laminate Modeler, 對某MW 級風力發電機組機艙罩的建模方
式進行研究探討, 以MSC. Nastr an 為求解器,對靜強度和模態進行分析。
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