發(fā)電機(jī)實(shí)訓(xùn)報(bào)告

發(fā)電機(jī)實(shí)訓(xùn)報(bào)告目錄緒論21.1引言21.2發(fā)電機(jī)實(shí)訓(xùn)目的及意義2發(fā)電機(jī)的拆裝22.1拆裝步鄹22.2拆裝過(guò)程中的注意事項(xiàng)3發(fā)電機(jī)的故障檢測(cè)4結(jié)束語(yǔ)4緒論1.1引言電能是現(xiàn)代社會(huì)最主要的能源之一，發(fā)電機(jī)的形式很多，但其工作原理都基于電磁感應(yīng)定律和電磁力定律。因此，其構(gòu)造的一般原則是：用適當(dāng)?shù)膶?dǎo)磁和導(dǎo)電材料構(gòu)成互相進(jìn)行電磁感應(yīng)的磁路和電路，以產(chǎn)生電磁功率，達(dá)到能量轉(zhuǎn)換的目的。隋著汽車(chē)技術(shù)的進(jìn)步，汽車(chē)的用電量越來(lái)越高。20年前，中級(jí)轎車(chē)的發(fā)電機(jī)輸出功率一般只有500瓦左右，現(xiàn)在一般中級(jí)轎車(chē)發(fā)電機(jī)都在1000瓦左右。發(fā)電機(jī)功率的增加是隨著車(chē)上用電設(shè)備增加而增加的?，F(xiàn)在汽車(chē)上的發(fā)電機(jī)都是風(fēng)冷式發(fā)電機(jī)，由皮帶輪后的風(fēng)扇吹風(fēng)進(jìn)入機(jī)殼進(jìn)行冷卻。在現(xiàn)有風(fēng)冷式發(fā)電機(jī)構(gòu)造的限制下，功率的增加必然會(huì)導(dǎo)致發(fā)電機(jī)體積的加大。1.2發(fā)電機(jī)實(shí)訓(xùn)目的及意義熟悉發(fā)電機(jī)的結(jié)構(gòu)：掌握拆裝發(fā)電機(jī)的程序、工具量具和儀器的使用、拆裝發(fā)電機(jī)的技術(shù)要求。通過(guò)寫(xiě)實(shí)驗(yàn)報(bào)告掌握拆裝發(fā)動(dòng)機(jī)工藝文的基本功。發(fā)電機(jī)的拆裝2.1拆裝步鄹外部清洗。用蘸有少許清洗劑的抹布將發(fā)動(dòng)機(jī)表面擦拭干凈。注意：抹布不能有液體漏出，汽油清洗劑不能接觸絕緣拆下電刷組要求：拆下螺絲時(shí)要注意用手壓住電刷組因內(nèi)部有彈簧拆下電刷組后應(yīng)放在和靠處以防電刷拆斷，粘上污物拆下連接前后端蓋的拉近螺栓分開(kāi)前后端蓋：要求：分解前先做好的裝配標(biāo)記釘子一定隨后端蓋在一起一般轉(zhuǎn)子和前端皮帶輪在一起除非前軸承損壞、若前后蓋不能輕易分開(kāi)時(shí)，可用橡皮錘輕輕敲打或用拉器分解嚴(yán)防重?fù)簟Ｈ魧⑥D(zhuǎn)子和前端皮帶輪分解在裝配時(shí)其擰緊力矩要lOON.m拆掉防護(hù)罩的螺釘取下防護(hù)罩擦下釘子上四個(gè)接線(xiàn)端三相繞組首段及中性點(diǎn)在散熱板上連接螺母使定子與后端該分離擦下后端蓋上緊固整流器總成的螺釘零的清洗要求：對(duì)機(jī)械部分可用汽油或清洗液清洗對(duì)電氣部分用干凈棉紗擦失去表面塵土、臟污將整流器裝到后端蓋擰上緊固螺釘要求：擰緊力矩：4.5N.m將定子總成與后端結(jié)合將定子繞線(xiàn)上的四個(gè)接線(xiàn)端子后端蓋孔中穿出將接線(xiàn)端分別連接在要求：整流器的接線(xiàn)螺釘上擰緊力矩：30N.m裝防護(hù)罩要求：擰緊力矩8N.m合上前后端蓋擰上前后端蓋拉近螺栓要求：擰緊力矩：8N.m裝回電刷架總成要求：擰緊力矩：6N.m2.2拆裝過(guò)程中的注意事項(xiàng)（1）電器接線(xiàn)時(shí)注意事項(xiàng)1） 須注意發(fā)電機(jī)的搭鐵極性，決不允許接反。如果發(fā)電機(jī)與蓄電池的極性接反，將造成功率二極管正向?qū)嬗写箅娏魍ㄟ^(guò)將其燒毀。因此，更換蓄電池時(shí)，要求起其極性正確。2） 嚴(yán)禁使用螺絲刀或?qū)Ь€(xiàn)將發(fā)電機(jī)“電樞”接線(xiàn)柱與外殼短接，以此查看是否有火花來(lái)檢查發(fā)電機(jī)是否發(fā)電，尤其在速度高的情況下更要注意。因?yàn)?，這樣短接造成的瞬時(shí)大電流或感應(yīng)所產(chǎn)生的高電壓容易使二極管被擊穿或燒壞。3） 發(fā)電機(jī)高速轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，不應(yīng)突然關(guān)閉電源開(kāi)關(guān)，以免瞬時(shí)電壓過(guò)高，造成整流元和調(diào)節(jié)器中半導(dǎo)體元的損壞。4） 當(dāng)發(fā)電機(jī)不發(fā)電或充電電流很小時(shí)，就及時(shí)找出故障部位，不要長(zhǎng)期繼續(xù)運(yùn)轉(zhuǎn)，因?yàn)榘l(fā)電機(jī)不發(fā)電或充電電流很小時(shí)，可能性是由于二極管損壞而引起的。5） 發(fā)電機(jī)和電壓調(diào)節(jié)器聯(lián)合工作時(shí)輸出電壓是很穩(wěn)定的，但在檢修和使用中必須與車(chē)上的蓄電池并聯(lián)使用。發(fā)電機(jī)的故障檢測(cè)1.外部檢驗(yàn)?zāi)繙y(cè)點(diǎn)火線(xiàn)圈，若有絕緣蓋破裂或外殼碰裂，就會(huì)受潮而失去點(diǎn)火能力，應(yīng)予以更換。2.初次級(jí)繞組斷路、短路和搭鐵檢驗(yàn)1） 測(cè)量電阻法用萬(wàn)用表測(cè)量點(diǎn)火線(xiàn)圈的初級(jí)繞組、次級(jí)繞組以及附加電阻的電阻值，應(yīng)符合技術(shù)標(biāo)準(zhǔn)，否則說(shuō)明有故障，應(yīng)予以更換。2） 試燈檢驗(yàn)法用試燈，接在初級(jí)繞組的兩接線(xiàn)柱上，若燈不亮則是斷路；當(dāng)檢查繞組是否有搭鐵故障時(shí)，可將試燈的一端與初級(jí)繞組相連，一端接外殼，如燈亮，便表示有搭鐵故障；短路故障用試燈不易查出。3.次級(jí)繞組的檢驗(yàn)因?yàn)榇渭?jí)繞組的一端接于高壓插孔，另一端與初級(jí)繞組相連，所以檢驗(yàn)中，當(dāng)試燈的一個(gè)觸針接高壓插孔，另一觸針接低壓接柱時(shí)，若試燈發(fā)出亮光，說(shuō)明有短路故障；若試燈暗紅，說(shuō)明無(wú)短路故障；若試燈根本不發(fā)紅，則應(yīng)注意觀察，當(dāng)將觸針從接柱上移開(kāi)時(shí)，看有無(wú)火花發(fā)生，如沒(méi)有火花，說(shuō)明繞組已斷路。因?yàn)榇渭?jí)繞組和初級(jí)繞組是相通的，若次級(jí)繞組有搭鐵故障，在檢查初級(jí)繞組時(shí)就已反映出來(lái)了，無(wú)需檢查。。結(jié)束語(yǔ)我們的實(shí)訓(xùn)結(jié)束了，但是在這次實(shí)驗(yàn)中我學(xué)到了許多，不僅讓我對(duì)汽車(chē)上的發(fā)電機(jī)、起動(dòng)機(jī)和分電器等汽車(chē)電器的結(jié)構(gòu)、工作原理及工作過(guò)程和各個(gè)電器之間的工作聯(lián)系有了進(jìn)一步了解，而且讓我能將書(shū)上的理論與實(shí)物聯(lián)系起來(lái)，加深了對(duì)各電器工作原理的理解。通過(guò)此次實(shí)訓(xùn)，我學(xué)會(huì)了各種常用工具、量具和專(zhuān)用工具使用，掌握了各種汽車(chē)電器調(diào)和的調(diào)整、檢測(cè)、拆裝、裝復(fù)方法與基本步驟及注意事項(xiàng)，并且掌握了一些汽車(chē)電器的常見(jiàn)故障的排除方法。在實(shí)訓(xùn)期間我對(duì)汽車(chē)的點(diǎn)火系統(tǒng)也有了更為深刻的理解，對(duì)汽車(chē)電器設(shè)備總線(xiàn)路也有了進(jìn)一步的認(rèn)識(shí)。我認(rèn)為這次的實(shí)訓(xùn)是必不可少，相信在以后的學(xué)習(xí)、工作中會(huì)有很大的幫助，當(dāng)然在這次實(shí)訓(xùn)中我也發(fā)現(xiàn)了我所學(xué)知識(shí)的不足，以后我會(huì)努力學(xué)習(xí)使自己了解的更為全面。篇2：交流同步發(fā)電機(jī)無(wú)載、短路與負(fù)載特性實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)報(bào)告交流同步發(fā)電機(jī)無(wú)載、短路與負(fù)載特性實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)報(bào)告本文關(guān)鍵詞：負(fù)載，發(fā)電機(jī)，路與，實(shí)習(xí)報(bào)告，同步交流同步發(fā)電機(jī)無(wú)載、短路與負(fù)載特性實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)報(bào)告本文簡(jiǎn)介：電機(jī)機(jī)械實(shí)習(xí)報(bào)告第次實(shí)習(xí)繳交日期：同組同學(xué)座號(hào)：全部共頁(yè)班別：電三組別：座號(hào)：姓名：一.實(shí)習(xí)項(xiàng)目：交流同步發(fā)電機(jī)無(wú)載、短路與負(fù)載特性實(shí)驗(yàn)二.實(shí)習(xí)目的：（一）測(cè)定磁場(chǎng)繞阻電阻與電樞繞組每相電阻，做無(wú)載飽和特性及短路特性實(shí)驗(yàn),利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果求同步阻抗及短路比.（二）了解同步發(fā)電機(jī)之負(fù)載特性（三）了解同步發(fā)交流同步發(fā)電機(jī)無(wú)載、短路與負(fù)載特性實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)報(bào)告本文內(nèi)容：電機(jī)機(jī)械實(shí)習(xí)報(bào)告第次實(shí)習(xí)繳交日期：同組同學(xué)座號(hào)：全部共頁(yè)班別：電三組別：座號(hào)：姓名：實(shí)習(xí)項(xiàng)目：交流同步發(fā)電機(jī)無(wú)載、短路與負(fù)載特性實(shí)驗(yàn)實(shí)習(xí)目的：（一） 測(cè)定磁場(chǎng)繞阻電阻與電樞繞組每相電阻，做無(wú)載飽和特性及短路特性實(shí)驗(yàn)，利用實(shí)驗(yàn)結(jié)果求同步阻抗及短路比.（二） 了解同步發(fā)電機(jī)之負(fù)載特性（三） 了解同步發(fā)電機(jī)之激磁特性相關(guān)知識(shí)：（一） 電阻測(cè)定常利用直流壓降法測(cè)定電組或利用惠斯登電橋或凱爾文雙電橋測(cè)之.因同步發(fā)電機(jī)均利用Y形接線(xiàn)，故先求二線(xiàn)間之電組R,然后再求每相電阻rR/2（歐姆）（二） 無(wú)載飽和曲線(xiàn)因發(fā)電機(jī)每相之感應(yīng)電動(dòng)勢(shì)可用下式表示：Eo4.44fNfWKpKd(V)式中f.頻率(Hz)Kp..節(jié)距因數(shù)(pitchfactor)Kd.分布因數(shù)(distributionfactor)Nf每相串聯(lián)匝數(shù)W.每極磁通量(Wb)而4.44,f,Kp,Kd,N均為定數(shù)故EoKWN(V),即Eo正比于If及N如轉(zhuǎn)速維持一定，中二NfIf/R(R:磁阻)故EoaIf/R,而磁阻R為氣隙與鐵磁阻之和，氣隙之磁阻是固定不變的，而鐵磁路之磁阻系隨著激磁電流If所生之磁通密度增加而增加，飽和后，則磁阻R與If不再成正比關(guān)系，故Eo與If之特性曲線(xiàn)如圖1-1所示之關(guān)系，此Eo-If曲線(xiàn)稱(chēng)為無(wú)載飽和曲線(xiàn).短路實(shí)驗(yàn)同步發(fā)電機(jī)之三個(gè)線(xiàn)端經(jīng)適當(dāng)?shù)陌才嘤?jì)短接(各相同時(shí)短接)，在額定的轉(zhuǎn)速下,增加電流磁場(chǎng)If,測(cè)定所對(duì)應(yīng)之電樞短路電流Is,則Is和If之關(guān)系曲線(xiàn)，為近乎一直線(xiàn)，此乃因ra1且越前時(shí)，交流發(fā)電機(jī)之電樞反應(yīng)所產(chǎn)生的效應(yīng)將為(A)交磁與助磁(B)助磁與去磁(C)交磁與去磁(D)助磁()23.同步發(fā)電機(jī)進(jìn)相90°電流產(chǎn)生之電樞反應(yīng)為(A)正交磁作用(B)去磁作用(C)增磁作用(D)激磁作用()24.在交流發(fā)電機(jī)中，若cos0=O,而電流越前時(shí)，其電樞反應(yīng)所造成的結(jié)果，會(huì)使發(fā)電機(jī)的總磁通(A)被減少(B)不變(C)被增加(D)以上皆非()25.同步機(jī)中的電樞反應(yīng)引起橫軸反應(yīng)時(shí)，則電路中(A)功率因數(shù)為1(B)功率因數(shù)為0,且電感性(C)功率因數(shù)為0,且呈電容性(D)功率因數(shù)為0,且電阻性()26.同步發(fā)電機(jī)中的電樞反應(yīng)只有增磁作用發(fā)生時(shí)，則電路中功率因數(shù)為1功率因數(shù)為0,且為退相(C)功率因數(shù)為0,且為進(jìn)相(功以上皆有可能()27.同步發(fā)電機(jī)于欠激時(shí)，向電路供給(A)同相位之電流(B)超前相位之電流(C)落后相位之電流(功以上皆有可能()28.若增大交流發(fā)電機(jī)的場(chǎng)激,則該發(fā)電機(jī)將(A)吸取越前的電樞電流，其電樞反應(yīng)為去磁作用(B)吸取滯后的電樞電流，其電樞反應(yīng)為助磁作用(C)吸取滯后的電樞電流，其電樞反應(yīng)為去磁作用(D)吸取越前的電樞電流，其電樞反應(yīng)為助磁作用()29.有臺(tái)10KVA,100V，作A連接的三相交流發(fā)電機(jī)，其每線(xiàn)電流，應(yīng)為(A)173.2A(B)IOOA(C)86.6A(D)57.7A()30.同步機(jī)中(A)電樞反應(yīng)只與負(fù)載電流大小有關(guān)(B)電樞反應(yīng)除與負(fù)載電流大小有關(guān)外，尚與電流的相位有關(guān)(C)同步機(jī)中因不要整流換向故完全沒(méi)有電樞反應(yīng)存在(D)電樞反應(yīng)與負(fù)載大小無(wú)關(guān)()31.下列敘述何者為錯(cuò)誤(A)發(fā)電機(jī)同步電抗為定值(B)功因越低電壓調(diào)整率越大(C)電樞反應(yīng)越大，短路電流越小(D)同步發(fā)電機(jī)短路曲線(xiàn)為一直線(xiàn)()32.同步發(fā)電機(jī)退相90。電流產(chǎn)生之電樞反應(yīng)為(A)增磁作用去磁作用(C)偏磁作用(功以上皆非()33.同步機(jī)之電樞反應(yīng)和電樞電流(A)大小有關(guān)(B)相位有關(guān)大小及相位有關(guān)(d)大小及相位無(wú)關(guān)()34.交流發(fā)電機(jī)電樞反應(yīng)的結(jié)果將會(huì)(A)增加磁通(B)減少磁通(C)使通分布變形(D)以上皆可能()35.在交流發(fā)電機(jī)中，當(dāng)每相電樞電勢(shì)滯后電流90°時(shí)，電樞反應(yīng)會(huì)產(chǎn)生(A)去磁效應(yīng)(B)加磁效應(yīng)(C)交磁效應(yīng)(D)以上皆非()36.三相交流同步發(fā)電機(jī)的電樞反應(yīng)(A)與負(fù)載無(wú)關(guān)(B)僅與負(fù)載大小有關(guān)C)僅與負(fù)載的性質(zhì)有關(guān)(D)與負(fù)載的大小及性質(zhì)有關(guān)()37.當(dāng)cos0=1而電流和電勢(shì)同相時(shí)，設(shè)磁通未飽和，電樞反應(yīng)所造成的結(jié)果，使總磁通量(A)減少(B)增加(C)不變(D)不一定()38.如圖所示，設(shè)Vn為額定電壓，In為額定電流，則交流發(fā)電機(jī)之短路比Ks為(A)IFs/Ifo(B)IFo/Ifs(C)In/Ifs(D)In/Ifo(二)同步發(fā)電機(jī)之激磁特性曲線(xiàn)與負(fù)載之功因有何關(guān)系？(三)同步發(fā)電機(jī)之外部特性曲線(xiàn)與負(fù)載之功因有何關(guān)系？(四)短路比與同步阻抗有何關(guān)系？(五)為何同步阻抗曲線(xiàn)(Zs-If曲線(xiàn))為非直線(xiàn)？十.實(shí)驗(yàn)心、得：十^一.老師考評(píng)：14篇3：34m復(fù)合材料風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片屈曲有限元分析34m復(fù)合材料風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片屈曲有限元分析本文關(guān)鍵詞：屈曲，葉片，復(fù)合材料，有限元，分析34m復(fù)合材料風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片屈曲有限元分析本文簡(jiǎn)介：34m復(fù)合材料風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片屈曲有限元分析*李成友周光明黃再興/南京航空航天大學(xué)田衛(wèi)國(guó)/中航(保定)惠騰風(fēng)電設(shè)備有限公司9摘要：采用有限元分析的方法解決了葉片的靜強(qiáng)度和屈曲穩(wěn)定性問(wèn)題。首先，闡述了利用MSC.Patran建立復(fù)合材料葉片的有限元模型的步驟和方法；其次，利用蔡-吳(E.M.Wu)失效34m復(fù)合材料風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片屈曲有限元分析本文內(nèi)容：34m復(fù)合材料風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片屈曲有限元分析*李成友周光明黃再興/南京航空航天大學(xué)田衛(wèi)國(guó)/中航(保定)惠騰風(fēng)電設(shè)備有限公司9摘要：采用有限元分析的方法解決了葉片的靜強(qiáng)度和屈曲穩(wěn)定性問(wèn)題。首先，闡述了利用MSC.Patran建立復(fù)合材料葉片的有限元模型的步驟和方法；其次，利用蔡-吳(E.M.Wu)失效準(zhǔn)則和Hill-蔡(S.W.Tsai)強(qiáng)度理論校核了幾種主要承力材料的強(qiáng)度；最后，結(jié)合有限元二階屈曲模態(tài)計(jì)算結(jié)果，討論了風(fēng)機(jī)葉片結(jié)構(gòu)的屈曲穩(wěn)定性。關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電機(jī)；葉片；復(fù)合材料；有限元分析中圖分類(lèi)號(hào)：TK83文獻(xiàn)標(biāo)識(shí)碼：B文章編號(hào)：1006-8155(2021)05-0040-07FiniteElementAnalysisofBucklinginthe34mpositeMaterialWindTurbineBladesAbstract：Theaimofthispaperistoinvestigatethestaticstrengthandbucklingstabilityofthe34mpositewindturbine(CWTBs).Becausethegeometricshapeandboundaryofthewindturbinebladesareplicated,thefiniteelementmethodisusedtoanalyzethisproblem.First,basedontheMSC.Patran,theproceduresofthefiniteelementmodelingfortheCWTBsarediscussed.Next,thestrengthofmainmaterialsinCWTBischeckedwiththeE.M.WufailurecriterionandS.W.Tsaistrengththeory.Finally,thebucklingstabilityoftheCWTBsisdiscussedonthebasisofcalculationfortwo-orderbucklingmodeofCWTBs.Keywords:windturbine;blade;positematerial;finiteelementanalysis0引言隨著世界能源危機(jī)的日益嚴(yán)重，以及公眾對(duì)于改善生態(tài)環(huán)境要求的呼聲日益高漲，風(fēng)能作為一種清潔的可再生能源日益受到各國(guó)的重視［1］。風(fēng)力發(fā)電具有無(wú)污染、安裝運(yùn)行簡(jiǎn)單、操作維護(hù)成本低等優(yōu)點(diǎn)，但是其最大缺點(diǎn)是風(fēng)的間歇性，導(dǎo)致風(fēng)力發(fā)電不穩(wěn)定。因此需要用可靠的和高效的設(shè)備在風(fēng)力較強(qiáng)的有限時(shí)間內(nèi)最大限度地獲得風(fēng)能［2］。葉片是風(fēng)力發(fā)電機(jī)最重要的部。為了最大限度地利用風(fēng)能，葉片外形根據(jù)空氣動(dòng)力學(xué)原理設(shè)計(jì)而成，為了滿(mǎn)足葉片質(zhì)量輕、剛度大、強(qiáng)度高和耐疲勞等特性，葉片主體部分由復(fù)合材料制作而成［2］。風(fēng)一電轉(zhuǎn)換過(guò)程首先從葉片開(kāi)始，葉片的性能直接關(guān)系到風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的性能。各國(guó)風(fēng)力發(fā)電系統(tǒng)的運(yùn)行實(shí)踐表明，葉片是最容易出現(xiàn)故障的部位［3］。葉片結(jié)構(gòu)發(fā)生破壞的兩種形式：材料強(qiáng)度不夠和結(jié)構(gòu)屈曲［4］。所以，對(duì)葉片進(jìn)行強(qiáng)度分析和屈曲分析意義重大。本文借助于有限元工具，從材料強(qiáng)度和結(jié)構(gòu)屈曲兩個(gè)方面去研究葉片的性能。目的是確定葉片應(yīng)力應(yīng)變分布規(guī)律，找出危險(xiǎn)點(diǎn)，對(duì)危險(xiǎn)點(diǎn)處的幾種材料進(jìn)行強(qiáng)度校核。進(jìn)而計(jì)算葉片的二階屈曲模態(tài)，獲得屈曲載荷，驗(yàn)證葉片是否滿(mǎn)足屈曲強(qiáng)度要求。同時(shí)，確定結(jié)構(gòu)容易發(fā)生屈曲的危險(xiǎn)位置。本文采用商用軟MSC.Patran和MSC.Nastran，其中MSC.Nastran中屈曲分析包括線(xiàn)性屈曲和非線(xiàn)性屈曲分析，在算法上，MSC.Nastran采用先進(jìn)的微分剛度概念，考慮高階應(yīng)變一位移關(guān)系，結(jié)合MSC.Nastran特征值抽取算法可精確地判斷出相應(yīng)的失穩(wěn)臨界點(diǎn)［5］。1有限元模型1.1幾何模型和網(wǎng)格劃分葉片由兩部分組成：蒙皮和主梁。蒙皮是將氣流轉(zhuǎn)換成葉片轉(zhuǎn)動(dòng)所需壓力的主要部。它的設(shè)計(jì)是基于空氣動(dòng)力學(xué)原理，不同的橫截面呈現(xiàn)不同的翼型，并有一定的扭轉(zhuǎn)角，葉片的整體外形自葉根到葉尖大致呈錐形（見(jiàn)圖1）?；痦?xiàng)目：航空科學(xué)基金資助項(xiàng)目（04B52021）收稿日期：2021-01-07南京市210016主梁是葉片承受載荷的主要部。蒙皮僅承受總載荷的20%，而其他部分由主梁承擔(dān)。主梁的橫截面呈盒狀。圖1葉片立體幾何模型：蒙皮和主梁圖2帶邊界條和載荷的葉片有限單元模型葉片的主要外形參數(shù)見(jiàn)表1。表1葉片主要技術(shù)參數(shù)額定功率/kW1500葉片長(zhǎng)度/m34.23葉片最大弦長(zhǎng)/mm3100葉片扭角/（°）13葉片質(zhì)量/kg5896.7重心位置（距葉根）/m10.591葉片的初始資料僅有各個(gè)截面的二維工程圖，三維模型的建立首先利用CATIAV5平臺(tái)依據(jù)各個(gè)截面的輪廓線(xiàn)建立模型框架，然后將這個(gè)框架傳輸?shù)接邢拊爸锰幚碥汸ATRAN中，通過(guò)截面放樣生成葉片的曲面造型。網(wǎng)格的劃分采用三角形單元，三角形單元可以較好地適應(yīng)復(fù)雜的幾何邊界條，有利于從幾何上去逼近一個(gè)任意雙曲度的殼體。在單元數(shù)目的選取上進(jìn)行了多次嘗試，實(shí)踐表明：?jiǎn)卧獢?shù)目的選取有一個(gè)最佳范圍，小于這個(gè)范圍，求解精度不夠，超過(guò)這個(gè)范圍，對(duì)結(jié)果精度的提高則很有限，反而會(huì)影響求解速度。通過(guò)多次試算選取單元數(shù)目為18797。這個(gè)數(shù)目既能保證求解問(wèn)題的精度，又不影響求解速度。1.2材料和單元屬性的定義葉片的材料主要有：EWFC1050，EZF800，1#布，EWR300和PVC泡沫，其中PVC泡沫的強(qiáng)度與彈性模量相對(duì)其他材料很小，考慮PVC泡沫是為了保證結(jié)構(gòu)的幾何形狀。材料參數(shù)見(jiàn)表2。由于復(fù)合材料層合殼結(jié)構(gòu)的厚度與長(zhǎng)度、寬度比足夠?。?/10），可以將結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)化為板單元。葉片是由玻璃纖維以不同的鋪設(shè)角鋪設(shè)而成，因此，可將葉片視為層合板模型。即由相同的單向板以不同的角度鋪設(shè)而成，首先，定義單向板各個(gè)方向的參數(shù)（見(jiàn)圖3），單向板使用玻璃纖維作為增強(qiáng)材料，環(huán)氧樹(shù)脂作為基體，E11為纖維軸向方向，E22為垂直于纖維軸線(xiàn)方向（即橫向），從其性能特點(diǎn)看出，該單向板是2D正交各向異性板，在Patran里定義單向板為2DOrthotropic材料。再用Laminate創(chuàng)建層合板模型，如圖4所示，通過(guò)定義不同的方向角、不同的厚度、材料定義不同的鋪層，將所定義的材料賦給有限元模型。表2幾種主要材料的參數(shù)表牌號(hào)/GPa/GPaG/GPa厚度/mm1#布44.0910.940.2933.560.8EZF80012.38812.3880.4453.630.57EWR30021.5421.540.1132.110.26EWFC105016.9016.900.1033.771.0葉片的鋪層情況復(fù)雜：沿葉片縱向分布不均，沿葉片橫向也是不均勻的，這就給單元屬性的賦值帶來(lái)了很大的困難，采用分段分塊定義層合板模型，然后再分段分塊將模型賦給單元。這樣最大限度地模擬了葉片鋪層的真實(shí)情況（見(jiàn)圖5）。圖3單向板性能特點(diǎn)示意圖圖4復(fù)合材料層合板(Laminate)的定義圖5葉片單元屬性分段分塊效果圖1.3計(jì)算載荷風(fēng)力機(jī)葉片所受的載荷類(lèi)型是復(fù)雜多樣的，是由風(fēng)機(jī)運(yùn)行條以及外界條綜合確定的。運(yùn)行工況和外界工況是采用單獨(dú)統(tǒng)計(jì)的方法得到［6］。靜強(qiáng)度計(jì)算僅考慮外界工況。外界工況分為正常工況和極端工況。計(jì)算所用載荷為25m/s極端陣風(fēng)下的極端外界工況。表3給出了部分截面的25m/s極端陣風(fēng)載荷分布情況，載荷由中航(保定)惠騰公司提供。表325m/s極端風(fēng)載荷分布切面Mt/(kN?m)Mn/(kN?m)Fz/kN0-5098.261935.48260.271-4919.071854.59249.963-4678.471748.75242.745-4436.161645.12236.287-4192.571543.25229.929-3948.311442.50223.0511-3704.721342.89216.1615-3226.561150.21201.5519-2767.13969.14185.3523-2332.47802.01168.0827-1928.21650.59149.9231-1558.35515.63131.0335-1224.43397.054439-928.37294.9691.0343-670.88208.9770.10所給載荷為各截面上的彎矩，在一個(gè)殼體的輪廓線(xiàn)上定義彎矩，在有限元軟里不易實(shí)現(xiàn)，所以，需要對(duì)所給載荷進(jìn)行等效處理。葉片國(guó)家標(biāo)準(zhǔn)將作用在單片葉片上的氣動(dòng)力假設(shè)為三角形線(xiàn)性載荷分布。思路：先假設(shè)一個(gè)分布力，進(jìn)行計(jì)算，這樣可以得出在這個(gè)分布力作用下的彎矩圖，然后與給定彎矩進(jìn)行比較，不斷進(jìn)行嘗試，最終可以找到一個(gè)分布力的作用效果與給定的彎矩效果是一致的。下面是對(duì)25m/s風(fēng)載的等效過(guò)程，以下所有計(jì)算只考慮大小，不考慮方向，方向會(huì)在有限元軟的載荷定義里考慮。（1） 對(duì)的等效首先假設(shè)，根據(jù)公式：，可以得出：根據(jù)邊界條：時(shí)，（有限元計(jì)算的結(jié)果）。時(shí)，（假設(shè)時(shí)滿(mǎn)足的條）。得：，所以得出將給定的彎矩?cái)?shù)值與通過(guò)上式算出的彎矩進(jìn)行比較，圖6給定的載荷與等效對(duì)比：系列1代表表3中數(shù)據(jù)擬合的彎矩圖；系列2代表模擬的線(xiàn)性載荷加載后的彎矩。從圖中很明顯看出：數(shù)值和趨勢(shì)趨于一致。圖6給定的載荷與等效對(duì)比（2） 對(duì)的等效首先假設(shè)，根據(jù)公式：，可以得出：根據(jù)邊界條：時(shí)，（有限元計(jì)算的結(jié)果）。時(shí)，（假設(shè)時(shí)滿(mǎn)足的條）。得：，所以得出將給定的彎矩?cái)?shù)值與通過(guò)上式算出的彎矩進(jìn)行比較，結(jié)果如圖7所示：系列1代表表3中數(shù)據(jù)擬合的彎矩圖；系列2代表模擬線(xiàn)性載荷加載后的彎矩效果圖。從圖7中很明顯看出：效果雖然有一定差別，但是考慮到這個(gè)方向的載荷與方向相比很小。對(duì)整個(gè)結(jié)構(gòu)的受載效果影響甚微。圖7給定的載荷與所用載荷對(duì)比（3）對(duì)的等效首先假設(shè)，根據(jù)公式：，可以得出：根據(jù)邊界條：當(dāng)時(shí)，（有限元計(jì)算的結(jié)果）。得：從而得到：將給定的彎矩?cái)?shù)值與通過(guò)上式算出的彎矩進(jìn)行比較，結(jié)果如圖8所示：系列1代表給定的數(shù)據(jù)擬合的力的曲線(xiàn)；系列2代表所用的線(xiàn)性分布力加載作用后的效果。圖8給定的力與線(xiàn)性分布力擬合的對(duì)比載荷處理過(guò)后，將處理后的載荷以分布力的形式加載在葉片氣動(dòng)面上。加載后的葉片效果如圖9所示。9加載后的有限元模型2靜力計(jì)算結(jié)果及材料強(qiáng)度校核2.1靜力計(jì)算結(jié)果圖10為極限載荷下的位移云紋圖，靜載下葉尖最大位移為4.22m。圖11為材料EWR300經(jīng)向拉應(yīng)力云紋圖；圖12為材料EWR300經(jīng)向壓應(yīng)力云紋圖；圖13為材料EWR300緯向拉應(yīng)力云紋圖；圖14為材料EWR300緯向壓應(yīng)力云紋圖；圖15為材料EWR300方向上剪應(yīng)力云紋圖。圖10?圖15以材料EWR300為例，從有限元計(jì)算結(jié)果中獲得它的主方向的拉力、壓力和剪應(yīng)力數(shù)據(jù)，根據(jù)總體應(yīng)力圖判斷出危險(xiǎn)點(diǎn)，從5幅圖中讀出危險(xiǎn)點(diǎn)處的拉壓力和剪應(yīng)力，根據(jù)這些數(shù)據(jù)進(jìn)行材料的強(qiáng)度校核。圖10葉片位移云紋圖圖11EWR300經(jīng)向拉應(yīng)力云紋圖圖12EWR300經(jīng)向壓應(yīng)力云紋圖圖13EWR300緯向拉應(yīng)力云紋圖圖14EWR300緯向壓應(yīng)力云紋圖圖15EWR300方向上剪應(yīng)力云紋圖2.2材料強(qiáng)度校核風(fēng)機(jī)葉片殼體各鋪層均為正交各向異性材料，與各向同性材料相比，各向異性材料最大作用應(yīng)力并不一定對(duì)應(yīng)材料的危險(xiǎn)狀態(tài)，因此不能采用各向同性材料的強(qiáng)度理論。要準(zhǔn)確判斷正交各向異性材料的強(qiáng)度，應(yīng)該根據(jù)材料主方向上的應(yīng)力，通過(guò)蔡-吳(E.M.Wu)失效準(zhǔn)則或Hill-蔡(S.W.Tsai)強(qiáng)度理論判斷材料強(qiáng)度。根據(jù)應(yīng)力云紋圖，讀取應(yīng)力數(shù)據(jù)，判斷每一種材料的最危險(xiǎn)點(diǎn)應(yīng)力數(shù)值見(jiàn)表4。采用蔡一吳張量理論和Hill-蔡理論校核材料強(qiáng)度，將表4中的數(shù)據(jù)代入蔡-吳(E.M.Wu)失效準(zhǔn)則和Hill-蔡(S.W.Tsai)強(qiáng)度理論，結(jié)果表明：1#布、EZF800和EWR300滿(mǎn)足靜強(qiáng)度設(shè)計(jì)要求。表4各鋪層的最危險(xiǎn)點(diǎn)應(yīng)力數(shù)值序號(hào)材料牌號(hào)受力類(lèi)型/MPa/MPa/MPa11#布拉13417.97.3721#布?jí)?414.111.93EZF800拉78.240.822.34EZF800壓79.567.1—21.85EWR300拉2.571074.316EWR300壓一2.57—100一4.673屈曲分析屈曲分析是一種用于確定結(jié)構(gòu)開(kāi)始變得不穩(wěn)定時(shí)的臨界載荷和屈曲模態(tài)形狀的技術(shù)。筆者采用的是經(jīng)典的屈曲分析一一采用特征值屈曲分析法，它適用于對(duì)一個(gè)理想彈性結(jié)構(gòu)的理想屈曲強(qiáng)度（歧點(diǎn)）進(jìn)行預(yù)測(cè)，主要是使用特征值公式計(jì)算造成結(jié)構(gòu)負(fù)剛度的應(yīng)力剛度陣的比例因子。結(jié)構(gòu)在達(dá)到屈曲載荷之前其位移一變形曲線(xiàn)表現(xiàn)出線(xiàn)性關(guān)系，達(dá)到屈曲以后曲線(xiàn)將跟隨另外的路徑。發(fā)生轉(zhuǎn)折的這一點(diǎn)稱(chēng)為分支點(diǎn)，分支點(diǎn)的載荷稱(chēng)為屈曲載荷，結(jié)構(gòu)發(fā)生屈曲的不同形態(tài)成為屈曲模態(tài)。Nastran中特有的特征值抽取算法可以精確判斷出臨界失穩(wěn)點(diǎn)，給出屈曲因子，曲屈因子是指屈曲載荷與計(jì)算工況載荷之比。Nastran可以根據(jù)需要算出N階屈曲，最低階曲屈載荷就是屈曲極限載荷。筆者根據(jù)葉片線(xiàn)性屈曲的前兩階模態(tài)來(lái)研究葉片的屈曲強(qiáng)度。圖16為一階屈曲立體位移云紋圖；圖17為一階屈曲平面應(yīng)力云紋圖。一階屈曲模態(tài)（屈曲因子Factor1=1.9163）。圖16一階屈曲立體位移云紋圖圖17一階屈曲平面應(yīng)力云紋圖二階屈曲模態(tài)（屈曲因子Factor2=1.9695）。圖18二階屈曲立體位移云紋圖圖19二階屈曲平面應(yīng)力云紋圖屈曲載荷計(jì)算公式：代表的是葉片所受到的實(shí)際載荷，它是所有作用在葉片上的載荷的綜合效果。因?yàn)樽畹碗A屈曲模態(tài)的屈曲因子Factor1=1.9163>1，即，說(shuō)明屈曲載荷大于實(shí)際載荷，所以葉片結(jié)構(gòu)在實(shí)際極限載荷