水平轴风力机轮毂的强度分析及优化.pdf

西华大学硕士学位论文
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Xihua University
Master Degree Dissertation


The strength analysis and optimization of
horizontal axis wind turbine hub







Candidate : Xu Zhijian
Major : water conservancy project
Student ID: 2120**********
Supervisor: Prof. Zhang Lida









May, 2013
水平轴风力机轮毂的强度分析及其优化
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II
西华大学硕士学位论文
摘要

轮毂是风力机的重要组成部分,连接着叶片和主轴。因为风力机是在自然条件下工
作,并且工作环境恶劣,所以轮毂承受着较为复杂的交变载荷。轮毂在设计时提出了较
高的强度要求,将轮毂设计的比较笨重,某些部位的壁厚远远超过了设计要求的强度,
造成了材料的浪费。本论文针对这一问题对现有轮毂进行强度优化分析。
论文建立了工程中轮毂的实体模型,以叶片的气动载荷为依据,对轮毂在极端风速
工况下的载荷进行静力学分析。在确保静力学分析过程的正确性和可靠性的基础上对轮
毂的结构做进一步的优化。用两种方法对轮毂进行优化,一种是运用 ANSYS 自带的拓
扑优化模块进行优化,另外一种是用 UG 将减少壁厚的轮毂建模,进行静力学载荷分析,
与没有进行优化的结果进行比较,并对比两种优化结果,得出减少轮毂壁厚是一个比较
合理的优化结果。本论文只是得出一个优化轮毂设计的方法,并没有对轮毂壁厚减少的
量做更加精确的分析,为其它轮毂优化研究提供参考。

关键词:风力发电机组;轮毂;建模;强度;壁厚
I
水平轴风力机轮毂的强度分析及其优化

Abstract
The hub is an important part of the wind turbine connected to the blade and spindle.
Wind turbines in natural conditions, and poor working conditions, so the wheels under
alternating load plex. Design wheels hub high strength requirements. Order to meet
the high strength of the hub, the hub design of the relatively bulky, some parts of the wall
thickness far exceeds the strength requirements of the design, resulting in a waste of material.
To optimize the hub can be cut from reducing the wall thickness.
UG wheels entity model, imported into ANSYS, blade aerodynamic loads based on static
anal