亚博直播

行业知识

如何实现湖南玻璃钢风机叶片的优化

编辑:亚博直播 时间:2019-11-30

    几乎所有大型设计项目的首要目标都是如何获得最轻的重量。HyperSizer是一种复合材料结构分析及优化软件,是专为含有复合材料的宇宙飞船设计的,其故障容差为零。这些设计必需在低重量与高强度之间找到枢纽性平衡点。风电行业,依然如斯。在设计湖南玻璃钢风机叶片时,重量起着极其重要的作用。由于叶片更轻,它所采用的原材料就更少,就更易于制造和运输,同时疲惫载荷也就更低。 
    因为风机叶片故障率仍高居不下(一项对桑迪亚有记载的风电设备的调查表明叶片故障率高达20%),故障停工代价高,不利于企业,因此,叶片设计师和制造商必需借助最佳方法来设计复合材料。 
    以HyperSizer软件为例,它是一种复合材料结构应力分析和尺寸优化工具,可自动与很多有限元分析((FEA))解算器共同工作。在一个反馈环路中,HyperSizer软件与有限元分析((FEA))解算器共同探索重量最小化、结构完整性和可制造性最大化的解决方案。该软件采用一层接一层,甚至一个有限元接一个有限元的方式对设计进行快速评估,对整套复合材料结构进行分析。同时,对每一种复合材料层压板设计的一切可能组合进行优化,使设计师几乎能够控制一切设计细节。 
    改善风机叶片设计将会进步叶片的效率和机能,削减捕捉风资源的本钱,使风能比石化燃料更具竞争力。为了增加风力发电机的发电容量,就必需增加叶片的长度(一个风电机所能捕捉的风能与其叶片长度面积成正比)。固然叶片的长度在不断增加,但是其重量必需保持尽可能的轻。由于更轻的质量意味着更好的机能,更长的使用寿命,更低的制造本钱和更短的出产周期,所有这些因素都会进步风力发电机在能源市场上的竞争力。HyperSizer软件在航空航天领域留下了宝贵的遗产,它匡助使用者从结构上削减了至少20%的重量,如美国国家航空和宇宙航行局(NASA),美国航空航天公司洛克希德马丁(Lockheed Martin),波音公司(Boeing)和庞巴迪公司(Bombardier)。HyperSizer软件同样合用于风机叶片。 
    目前,实用规模风力发电机叶片的直径范围为40米到90米。但是,处于设计阶段的概念叶片和原型叶片的直径惊人的接近145米。跟着叶片变的更长,设计工程题目就变得越来越严峻,诸如结构强度、疲惫机能、抗弯不乱性、叶片硬度、翼尖绕曲度和扭曲限制。简言之,叶片的重量必需尽可能的轻,具备足够维持其空气动力学外形的硬度,同时还要有足够的耐用性来承载风力载荷且无材料损伤。此外,大型叶片必需对重量和硬度进行公道布局,避免因气转动性载荷引起的不不乱性。
   为了优化叶片设计,此软件从传统有限元分析结束的地方开始。它以一个有限元模型开始,同时与有限元分析解算器天衣无缝的结合,核实风机叶片的结构完整性,猜测所有气转动性载荷情况的故障模式,确定故障位置与载荷,从而达到所需的安全系数。为解决分歧格安全因素,或者选择一种重量更轻的设计,通过对大量备选设计的尺寸和层压板进行调查,该软件可实现最优设计。从模型的设置、运行到测试结果和原始新设计的解读,这一过程通常仅在4小时就能完成。 
    为了对假定分析方案、行业研究方案、叶片设计的敏捷性进行评估,HyperSizer软件会纪录风机叶片内部部件的载荷,确定一种板梁概念、横截面尺寸、原材料与接口的最佳组合,风机叶片内部部件的载荷通过有限元分析计算得出,。为了达到这一目标,该软件会对很多不同的失效模式进行分析,所有叶片区域、一切载荷情况和分析都可实现正安全边际(安全系数为1)。此外,该软件还可用于板材设计。例如,蜂窝板或泡沫夹心结构可能都相宜于剪切腹板,而结子的层压板可能最适合叶片前缘。HyperSizer软件可检测不同的连接口及板材横截面外形。 该软件避免了人工计算、离线电子数据表、重建模型及长期运行成批功课。此外,它可对层片脱离和层片增加模式进行评估,有助于发现符合强度要求的最轻层压板,且转移区域最小。 
    HyperSizer可对含有螺栓、粘结接口(如剪切腹板与表层)的叶片区域进行评估。对螺栓区域进行分析,优化连接点的厚度,可防止由较重结构引起过度建造的一般性题目。而对粘结接口进行的高级分析则着眼于层间剪切和剥离应力、分层及裂纹萌生的研究。 
    材料的内置资料库可控制材料的温度及湿度依靠性机能,同时内置资料库可根据软件公司及项目资料进行定制。数据库包括金属物质(各向同性)、石墨和玻纤系统,夹芯板(蜂窝结构、泡沫结构、合成结构),混成积层板(胶带、织物和金属箔)。有了这一材料清单,使用者就可对100多种基于非有限元分析故障模式的所有载荷情况进行分析。