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基于ANSYS的垂直轴风力机塔架的力学分析及优化
王印军
摘 要: 基于ANSYS对大型垂直轴风力机塔架进行静态学分析、动力学分析及结构优化。首先根据风力机的功率确定塔架的大体尺寸,然后对塔架进行静力分析,并对塔架承受最大载荷时的最大应变进行强度校核;动力学分析包括有预应力的模态分析、地震谱响应分析。ANSYS优化通过改变塔架的厚度使其固有频率增大,从而避免因塔架在发电机的激励下共振产生的破坏。通过对塔架的力学分析确保了塔架性能的可靠性,为塔架的安全性提供了理论依据,并且在满足力学性能的前提下使塔架的质量最轻,降低了塔架的制造成本。
关键词: 垂直轴风力机塔架;静力学分析;动力学分析;地震谱响应分析;结构优化
中图分类号:TK83 文献标志码: A 文章编号:
Mechanical Performance Analysis and Structure
Optimization of Tower of Vertical Axis Wind Turbine
Based on ANSYS
WANG Yinjun
Abstract: Statics analysis, dynamics analysis and structural optimization of large tower of vertical axis wind turbine were presented based on ANSYS. First of all, according to the power of the wind generators the size of the tower was determined. And then statics analysis for the tower was carried out. And the strength check for the maximum strain of the tower was discussed under the maximum load. Dynamics analysis including prestressed modal analysis, seismic response spectrum analysis was performed. Using ANSYS optimization by changing the thickness of the tower of the inherent frequency increases, so as to avoid the generator for tower under the excitation of resonance produced damage. Through to the mechanical analysis of the tower to ensure the reliability of the tower of the performance for the safety of the tower, to provide the theoretical basis for the mechanical properties, and make the quality of the tower of the lightest in meet the premise of mechanical properties, reduce the tower of manufacturing cost.
Keywords: tower of vertical axis wind turbine; statics analysis; dynamics analysis; seism
seismic response spectrum analysis; structural optimization
风能资源主要集中在50 m以上的高空,大容量的风力机机组便于大规模风能的开发利用,因此大功率的风机具有很好的发展前景。结构振动导致的材料疲劳是塔架损坏的主要原因之一,振动还会产生噪音,影响周围环境,所以塔架的力学分析对于研究风力机的安全可靠性能具有重要的意义。
目前,对风力机的研究大都集中在叶片、发动机性能等的研究上,对于塔架的研究很少,尤其是针对大型塔架的研究更为少见[1],垂直轴风力塔架的分析在国内尚未见报道。本研究在水平轴风力机塔架分析的基础上,根据垂直轴风力机的实际受力对塔架进行加力并分析,为大型垂直轴的风力机塔架的制造提供了理论依据。
首先对垂直轴风力机塔架的模型尺寸进行计算与建模,接着对模型加载载荷进行静态的受
力分析,在受力的情况下对模型进行有预应力的模态分析,得到塔
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