大型风力机塔架的仿生学设计及其力学性能分析

题名	大型风力机塔架的仿生学设计及其力学性能分析
作者	王群旺
导师	赵荣珍
答辩日期	2016
学位名称	硕士
关键词	塔架仿生学结构仿生设计力学性能分析
摘要	塔架作为风力发电机的关键性承力部件对风力机组的稳定运行至关重要。风力机的大型化、高耸化发展趋势对塔架的力学性能提出了更高的要求。仿生学概念下的植物多体系统可为塔架的结构设计提供借鉴。本文基于对塔架研究现状的全面认识,以现存问题及未来发展为导向,引入仿生设计理论,通过对仿生设计方法的系统研究及应用,提出仿竹型塔架结构,利用有限元方法对该型塔架的静动态特性及稳定性进行了分析。具体的研究内容情况及得到的主要研究结论如下:1)提出了结构仿生设计理论在塔架结构仿生设计中的应用方法,建立了基于竹子节状结构的仿生塔架模型。在研究总结相似理论和系统综合评价技术的基础上,提出了结构仿生设计的具体方法和一般设计流程并应用在塔架结构仿生设计。选择竹子为生物原型,从结构、功能、载荷及约束三个方面对塔架与竹子的相似度进行计算,验证了生物选型的合理性。分析提取竹子的节状特征结构用于塔架设计,提出了具有5个加强节的仿生塔架并建立了塔架的几何模型。2)建立了原型塔架及仿生塔架的有限元模型并对其静动态响应特性进行分析,验证了仿生塔架静动态性能的提升作用。ANSYS分析结果显示:仿生塔架的顶端位移较原型塔架减小了4.75%,仿生塔架的刚度得到提高;仿生塔架的应力分布较原型塔架更加平缓且最大应力在加强节上,仿生塔架的应力分布得到改善;塔架的固有频率在合理区间,不会引起共振,仿生塔架的固有频率较原型塔架有所增大,且高阶增量大于低阶增量,仿生塔架的振动特性得到提升。3)提出了塔架的线性及非线性屈曲稳定性分析计算方法,从线性与非线性两个方面分析了原型塔架与仿生塔架的屈曲稳定性。结果表明:两种分析模式下仿生塔架的失稳临界载荷均大于原型塔架的临界载荷,仿生塔架的稳定性得到增强;一阶线性屈曲分析的临界载荷大于非线性屈曲分析的临界载荷,非线性屈曲分析的结果更加精确。研究表明,利用结构仿生设计理论对塔架进行仿生设计方法科学,结果合理,可为塔架结构设计提供理论参考依据。同时,对于结构仿生设计过程中生物原型和设计目标之间的设计标准对接问题和仿生塔架的结构优化问题还需要进一步研究。
页数	62
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语种	中文
收录类别	CNKI
中图分类号	TM315
文献类型	学位论文
条目标识符	https://ir.lut.edu.cn/handle/2XXMBERH/91395
专题	兰州理工大学
作者单位	兰州理工大学
第一作者单位	兰州理工大学
推荐引用方式 GB/T 7714	王群旺. 大型风力机塔架的仿生学设计及其力学性能分析[D],2016.