风电混合式塔筒的ansys有限元分析.pdfVIP

新型混合塔架力学特xing分析

2、混合塔架有限元分析

混合式风力发电机塔架是一种新颖的结构，目前还没有成熟的行业规范来约束相关设

计，大都风机设计厂商都是靠以往的塔筒设计经验和有限元仿真，同时结合风场的实测数据

来进行混合塔架的结构设计。本文设计了一种新型的混合塔架，同时基于ANSYS有限元软

件，对混合塔架进行力学xing能分析，分析塔架在额定工作工况和暴风jixian工况下的力学

xing能。因为额定工作工况是风机运行时间最长的工况，此时塔架xing能的好坏不仅影响

风机本身的结构anquan，还会间接的影响风机的发电效率，所以工程师会较为关心改工况

下混合塔架的力学xing能。同时暴风jixian工况是基于50年一遇的实际风场的风压计算的

载荷，也就是说我们的塔架设计除了要在额定工况下具有良好的力学xing能，还要满足jixian

工况下的强度要求。所以本文选取上述两种工况进行分析。

2.1混合塔架的静力学分析

本文基于ANSYSWorkbench软件对混合塔架在上述两种工况的强度和刚度问题进行了

力学分析。首先在根据设计尺寸在ANSYSWorkbench中建立几何模型，如下图2.1所示。在

建模过程中，将下部塔架部分简化为梁单元进行建立，将上部的塔筒部分简化为壳单元进行

建立。

图2.1混合塔架几何模型

对上述几何模型进行划分，壳单元采用四边形网格划分，整体模型的网格尺寸控制在

200mm左右，这样既可以保证网格质量也可以限制网格规模，最终有限元网格模型如图2.2

所示，其中网格总数为19871，节点总数为24078。其中壳单元采用Shell181单元类型，梁

采用Beam188单元类型。风机塔架顶端的叶轮、轮毂、机舱等偏心部分以及在载荷中对起

重力和偏心距进行考虑，此处不重复考虑。

图2.2混合塔架有限元模型

利用Workbench自身的网格质量检查工具对上述模型的网格质量进行检查，网格质量

云图如下所示，其中1表示最好，0表示最差，本文中模型最差的网格质量为0.579，从图

2.4的网格质量柱状图可以看出，整体模型基本都是四边形网格，存在极少数的三角形过度

网格，且整体网格质量较好，不会因为网格质量问题而导致应力计算不准确现象。

图2.3网格质量云图

图2.4网格质量柱状图

混合塔架的材料均采用Q345B，参考GB/T1591-1994标准，可知Q345B材料的屈服jixian

同厚度有关，而混合塔架上部分即为不同厚度的塔筒焊接而成，所以此处需要关心厚度对材

料屈服jixian的影响情况，具体力学xing能如图2.5所示。

材料的弹xing模量则取2.1e11MPa，泊松比为0.3，密度为7850Kg/m^3。

图2.5Q345B的力学xing能

额定工况和暴风工况两种工况下的分析模型和加载情况均相同，只有加载大小不同。在

分析过程中约束塔架底部四个点，在塔顶加载相关工况载荷。额定工况下的载荷加载情况如

下所示。

图2.6额定工况下的载荷约束条件

图2.7暴风工况下的载荷约束条件

两种工况下的有限元计算结果见表2.1所示

表2.1两种工况下的有限元计算结果

工况塔顶位移（mm）壳部分最大等下应力（MPa）梁部分最大组合应力（MPa）

额定工况112.6372.75136.209

暴风工况828.14389.19236.2

对应云图如下所示：

图2.8额定工况下整理位移云图

图2.9额定工况下塔架下部分的位移云图

图2.10额定工况下塔架上部分等效应力云图

图2.1