2MW風力發(fā)電機關鍵部件有限元分析及優(yōu)化設計.pdf

1、能源和環(huán)境是當今人類生存和發(fā)展亟待解決的兩個重要問題，而風力發(fā)電的主要特點是清潔，投資靈活，占地少，具有很好的經濟和社會雙重效益。但是，隨著風力發(fā)電機裝機容量日益增大，機組所受的載荷也隨之增大，使得機組及其關鍵部件的安全問題尤為突出。為了使機組在它的設計壽命內能夠正常運行，必須對其關鍵零部件展開細致的研究。
　　 本課題在陜西省自然基金和陜西省教育廳項目的資助下，以山東某某風電科技有限公司制造的2MW風力發(fā)電機組的輪轂和主軸為研

2、究對象，因為輪轂是風力發(fā)電機組中的一個重要部件，載荷情況較復雜，它的設計關乎到整個風力發(fā)電機組的正常運行和使用壽命；而主軸是風力發(fā)電機的主要傳動部件，設計時不僅要考慮強度，還要重視剛度。基于有限元法的基本理論，本文對輪轂和主軸進行了一下研究：
　　 (1)首先根據(jù)圖紙?zhí)峁┑母鞑考某叽?，選用三維建模軟件Pro/E建立輪轂、主軸的實體模型，然后將實體模型導入到ANSYS軟件中。
　　 (2)實體模型導入ANSYS后，根據(jù)各

3、部件的結構特點，選擇合適的單元類型、設置單元實常數(shù)、設置材料屬性，根據(jù)不同部件的受力位置，采用不同精度的網(wǎng)格。
　　 (3)在精確建立有限元模型的基礎上，在對主軸加載時，考慮了軸承彈性支撐對主軸固有頻率的影響，將軸承簡化為擁有軸向和徑向剛度的彈簧單元，用combin14單元來模擬，這是對前人研究的一個補充；在葉片與輪轂的連接面處采用多點約束技術(mpc184單元)，彌補了前人直接處理為剛性約束的不足，提高了分析精度。然后對各個部

4、件進行靜態(tài)強度分析，得出輪轂、主軸在極限載荷下的應力分布規(guī)律和位移分布規(guī)律，并對分析結果進行強度校核。
　　 (4)利用有限元動力學分析理論，對輪轂、主軸進行模態(tài)分析，確定各部件的固有頻率、相應振型和承受動態(tài)載荷結構設計中的重要參數(shù)。
　　 (5)基于強大的ANSYS參數(shù)化設計語言(APDL)和高效的MATLAB優(yōu)化工具箱分別對輪轂、主軸進行優(yōu)化設計，得出滿足所有設計要求的最經濟、最高效率可行的設計方案，為后續(xù)進一步的動