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叶片强度的有限元分析计算

2023-05-16 22:03阅读：

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编辑：杭州那泰科技 www.nataid.com
叶片强度的有限元分析计算
有限元分析技术可应用于许多学科领域，在进行结构强度分析时，这种方法首先将结构离散为有限个微分体，然后根据弹性力学的应力应变和位移关系以及虚功原理建立每个单元的刚度方程。最后将这些单元的刚度方程集成为一个整体的刚度方程，从而求解节点受力和位移。利用有限元法，不但可以根据需要计算出结构的刚度、静应力、热变形等静态参数，还可以计算模态参数和动响应及动应力等。在这基础上，还可以利用有限元法进行结构的优化设计，这一点远优于其它研究方法。
叶片强度计算采用有限元分析软件。采用NREL提供的叶片数据，导人建立实体模型。大型风力机桨叶的表面厚度和截面的弦长相比很小。对于薄板结构，用壳单元进行分析相对于用体单元分析来讲，分析精度较高且消耗的计算资源较少，所以对风力机桨叶结构进行有限元建模分析时采用壳单元。叶片采用四边形网格进行划分，实践证明这种网格形状能够很好的符合叶片的表面形状。最后
划分得到的总单元数为20480。计算中将利用动量叶素理论计算出的作用在各个截面处的切向力、法向力和俯仰力矩分布在各个节点上，以获得更加精确的计算结果。施加载荷后的网格如图所示。
CFD的气动载荷计算采用商业软件Fluent进行。计算网格在叶片附近采用C型结构化网格，并对边界层进行了加密，其它部分用非结构化网格(如图所示)。网格数约为200万。进口给定来流速度；圆柱面为远场边界条件；底面为周期边界条件；叶片表面采用无滑移边界条件。综合考虑目前常用的湍流模型，本文采用了k-w SST模型对三维叶片绕流场进行模拟。
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