毕业论文：基于ANSYS对三肢式塔架结构进行力学分析.doc

基于ANSYS对三肢式塔架结构进行力学分析摘要 随着世界能源的日趋匮乏和科学技术的飞速发展，加之人们对环境保护的要求，人们在努力寻找一种能替代石油、天然气等能源的可再生、环保、洁净的绿色能源。风能是当前最有发展前景的一种新型能源，它是取之不尽用之不竭的能源，还是一种洁净、无污染、可再生的绿色能源。 风能的利用，从风车到风力发电，证明了文明和科学进步。塔架是风力发电机主要的承重部件，直接影响机组的稳定性和整体性能。本文利用ANSYS对大型风力发电机的塔架进行了数值仿真研究，为塔架的动态设计提供了理论依据。 在风压的作用下，进行了塔架的静强度分析，得出了塔架在各种载荷情况下的最大应力及最大位移,并验证了满足静强度要求。 根据多自由度模态分析理论，对水平轴风力发电机塔架的振动模态进行了模拟，提取了塔架的前五阶的固有频率和振型。依据振动理论，塔架振动过程的能量主要集中于一、二阶频率处，而一、二阶振型均为摆振，因此摆振是塔架的主要振动方式。 利用ANSYS软件中的优化设计模块，以塔架的梁截面的长宽为设计变量，以材料的许用应力以及许用位移为约束，以塔架的体积为目标函数进行了优化设计，最终得到塔架梁截面长宽的最优值,并验证了优化后的塔架满足静强度。 关键词：强度 ；位移； 变形； 有限元分析 ；优化设计 。 目 录 摘要 - I - Abstract - II - 第一章 绪 论 - 1 - 1.1 ANSYS软件简介与使用 - 1 - 1.2我国风能发电的现状与展望 - 3 - 1.3 设计课题 - 6 - 1.3.1 概 述 - 6 - 1.3.2 结构参数 - 6 - 第二章 理论知识 - 8 - 2.1振动力学相关知识 - 8 - 2.2模态分析理论 - 8 - 2.2.1模态基础知识 - 8 - 2.2.2多自由度模态分析理论 - 10 - 2.2.3塔架振动方程的建立 - 11 - 2.2.4模态分析的意义 - 13 - 第三章 利用ANSYS软件进行对塔架结构的建模与求解 - 15 - 3.1 有限元模型的建立 - 15 - 3.2 施加约束、受力与求解 - 17 - 3.2.1 塔架所受的主要约束和荷载 - 17 - 3.2.2 ANSYS软件对塔架结构的求解结果分析 - 18 - 3.2.3应用ANSYS软件对塔架进行模态分析 - 20 - 第四章 塔架的优化设计 - 24 - 4.1 优化设计的相关概念 - 24 - 4.2 优化设计的过程与步骤 - 24 - 4.3 塔架优化设计详述 - 25 - 第五章 结论 - 34 - 参考文献 - 35 - 致谢 - 38 - 第一章 绪 论 1.1 ANSYSANSYS（Aalysis System）ANSYS的热力学分析可以模拟热传导、对流和辐射，可以进行稳态和瞬态热分析、线性和非线性分析，可以模拟材料的凝固和溶解过程，可以进行热应力计算。 电磁场分析 ANSYS的电磁场分析可以进行一维、二维随时间变化的低频电磁场的分析。电磁场分析可以解决电磁场的相关问题，如电容、电感、涡流、电磁场分布、运动效应等。 流体动力学分析 ANSYS的流体动力学分析可用来解决二维、三维流体动力场问题，可以进行传热或绝热、层流或湍流、压缩或不可压缩等问题的研究。 7、声场分析 声场分析主要用于研究流体介质中声音的传播问题，以及流体介质中固体结构的动态响应问题。 8、压电分析 用于分析二维或三维结构对交流、直流或任意随时间变化的电流或机械载荷的响应，这种分析类型可用于换热器、振荡器、谐振器、麦克风等部件及其他电子设备的结构动态性能分析，包括静态分析、模态分析、谐波响应分析和瞬态响应分析。 ANSYS的高级功能如下。 多物理场耦合分析 考虑两个或多个物理场之间的相互作用。如两个物理场之间相互影响，单独求解一个物理场不可能得到正确结果。例如在压电分析中，需要同时求解电压分布（电厂分析）和应变（结构分析）。耦合场分析适用于下列类型的相互作用。 优化设计 优化设计是一种寻找确定最优方案的技术，设计方案的任何方面都是可以优化的，如尺寸（厚度）、形状（如过渡圆角的大小）、支撑位置、制造费用、自然频率和材料特性等。实际上，所有可以参数化的ANSYS选项均可做优化设计。 拓扑优化 拓扑优化是指形状优化，也称为外形优化。其目标是寻找承受单载荷或多载荷的物体的最佳材料分配方案，这种方案在拓扑优化中表现为“最大刚度”设计。用户只需要给出结构的参数（材料特性、模型和载荷等）和要省去的材料百分比，程序即自动进行优化。 单元生死 如果在模型中加入（或删除）材料，则其中相应的单元就“存在”或“消亡” 。单元生死选项用于在这种情况下杀死或重新激活单元，该功能主要用于钻孔（如开矿和挖隧道等）、建筑物施工过程（如桥梁