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作为世界上的风能大国,我国尚不具备独立开发兆瓦级大型风力机的能力,迄今为止国内己投入运行的风力机绝大部分是进口风力机。要实现风力机国产化,形成我国自己的风力机产业,自主设计开发对于我国风电事业的长期发展是非常重要的,它可以从根本上解决我国风电行业发展的“瓶颈”,促进风电行业的健康发展。风力机的重要部件为它的桨叶,桨叶的性能是风力机整机性能的基础,风力机叶片随着风力机功率的增大越来越大,无论在气动设计、加工工艺及材料选择上有更高的要求,同时随着叶片运行时间的增长,叶片设计面临的动力学问题越来越多。因此,风力机叶片设计的研究是风力机发展中的重要课题。 本文依托甘肃省自然科学基金项目“多因素耦合作用下风力机叶片刚柔耦合动力学研究”(1308RJYA018)和兰州市科技局计划项目“兆瓦级水平轴风力发电机组设计关键技术研究”(2013-4-110)。主要对兆瓦级水平轴风力机叶片的动力学特性进行了分析和研究。首先建立了风力机叶片的气动模型,据此模型计算了叶片的外形参数。利用Pro/E软件对1.5 MW风力发电机叶片进行三维实体建模,然后对叶片的气动额定功率、风能利用系数等气动性能进行了研究。其次,采用结构动力学的理论与有限元数值分析相结合的方法,建立了风力机叶片动力学模型并进行求解,并运用GH Bladed软件对风力机组叶片进行建模,然后对模型进行模拟计算,最终得到了叶片的系统固有频率和载荷并分析结果。最后,运用ANSYS对叶片进行网格划分、动力学模态分析;求得叶片在不同工况下的受力情况和振动频率情况;计算求得所设计叶片最小模态频率和最大应力分布情况,从而能够很好的验证所建模的叶片是否符合工作需要,验证所建模型的正确性。