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近年来，“能源危机”对人类的影响越发凸显，可再生能源由此得到快速发展。风能，作为一种可再生的“绿色能源”已席卷全球，被世界各国予以极大的关注与重视，都把运用风能作为能源短缺的突破口。中国作为能源消费大国，政府亦大力支持风电行业的发展，但由于中国风电起步较晚且国外把风电核心技术作为企业最高机密，中国风电因此大大落后于风电发达国家，大型风电设备，尤其是风机叶片主要依靠进口。而风机叶片由于其直接捕获风能，良好的气动性能、较高的质量保证是风机稳定运行的前提。本文提出了“基于参数化建模的风力机叶片结构分析及优化设计”的研究课题。本文根据某一现有风力机叶片，重点对其气动性能，结构分析及优化设计进行了研究，取得了如下成果：①风机叶片气动载荷模型基于叶素-动量理论建立，其中考虑叶尖损失修正模型的影响，更加精确的确定轴向诱导因子和周向诱导因子。基于GL2010标准，分析了风力机所受到的各种载荷如：重力载荷、离心力载荷及空气动力载荷等，研究了风力机工作的载荷工况和设计工况，通过BLADED建立了风力机整机模型，其包括叶片、翼型、叶轮、塔架、动力传动链、机舱和控制等模块，通过计算得到风机在各种工况下的截面载荷分布，从中筛选出截面载荷最大极端工况，从而得到叶片各截面处的极限载荷，其为叶片后续结构分析及优化奠定基础。②在全面探究了叶片结构及铺层方式的基础上，提出了叶片弦长、扭角和相对厚度的集成表达，通过叶片三维形状参数表达式得到叶片空间三维坐标，由MATLAB编程并结合ANSYS二次开发由底至顶建立了叶片参数化几何模型，根据叶片铺层材料及铺层方式全面建立了叶片有限元力学模型，通过计算叶片质量及重心位置且与实验结果比较验证了该模型建立的可靠性。③通过叶片模态分析得到叶片低阶固有频率及振型，其与实验结果相差不大，分析了该叶片在正常运行过程中是否发生共振现象。由于叶片由复合材料构成，而复合材料表现出各向异性，且叶片主要由翼面、叶根、主梁和腹板等关键部位组成，各部位材料及铺设方式不同，因此在校核叶片强度时应根据需要分别校核上述部位。叶片刚度尤为重要，其表明叶片受力变形后是否与塔架发生碰撞。④提出以材料厚度，叶片结构参数作为优化变量，叶片质量作为优化目标，在保证叶片强度和叶尖位移的前提下建立了叶片结构优化的数学模型，通过MATLAB并结合ANSYS编程，运用改进的粒子群算法进行寻优，经数次迭代后得到既满足性能要求，质量又较轻的叶片。该研究对叶片结构的优化及改造具有重要的现实指导意义，并为叶片的气动、结构一体化设计提供可能。