【摘要】：世界能源發(fā)展正面臨持續(xù)穩(wěn)定供應、生態(tài)環(huán)境以及全球氣候變化等問題的巨大挑戰(zhàn)。海洋能作為儲量豐富的綠色清潔、可持續(xù)利用的可再生能源,其開發(fā)和利用,已經(jīng)成為科學研究的熱點問題。本文針對新型雙向潮流能發(fā)電裝置復合材料渦輪葉片進行理論研究和試驗驗證。首先,本文基于正交各向異性材料應力-應變關系所確定的復合材料剛度原理,應用Ansys Composite Prep Post(ACP)軟件模塊對特定鋪層層合板剛度性質進行了計算研究,得到了彈性工程常數(shù)隨鋪層角α變化的一般規(guī)律,建立了能適用于計算機輔助分析的直徑1.5m復合材料渦輪葉片有限元模型。接下來,本文應用有限元結構數(shù)值計算方法,利用Ansys Static Structure模塊計算分析復合材料葉片結構強度,確定其最大等效應力8.39Mpa,最大變形量11.1mm,判段復合材料葉片在設計載荷下不會發(fā)生結構失效或者大變形,并經(jīng)靜力試驗驗證相同載荷下葉片各半徑處變形數(shù)據(jù)同數(shù)值計算吻合良好;利用Ansys Modal模塊分析不同鋪層方式復合材料葉片前8階振動模態(tài),分析指出前8階固有模態(tài)大部分為彎曲振動,彎曲振動對復合材料葉片振動的影響較大,各階固有頻率隨鋪層角α變化呈現(xiàn)不同趨勢,但各復合材料葉片一階固有頻率均超過渦輪葉片工作頻率0.25Hz,避免了發(fā)生共振的可能性。最后,本文在計算流體力學(CFD)方法以及流固耦合理論的基礎上,基于Ansys Workbench平臺進行從CFX到Static Structure間的數(shù)據(jù)傳遞,對不同鋪層方式復合材料葉片進行單向流固耦合分析,得到了多種工況下渦輪葉片的淌水系數(shù)等水動力性能,比較了最大工況下復合材料葉片與金屬葉片的結構響應;并根據(jù)復合材料Tsai-Wu準則,校核了復合材料葉片不發(fā)生破壞失效,得到了不同鋪層方式下葉片Tsai-Wu指標值逐層變化的趨勢。
【圖文】：

圖 1-1 復合材料組成及分類增強復合材料層壓結構是復合材料結構力學的主要研究對象下內容：層設計，即確定增強及基體材料及比例以決定單層鋪層的性層設計，即安排合理的鋪層方式以決定層合板的性能；構設計，即設計產(chǎn)品構件的外形和尺寸[24]。層設計在復合材料結構設計中最為重要，將單層復合材料按一成的薄殼層狀結構。層合板是按照某種順序鋪放粘貼多層單向整體的結構板。每層單向板，層合板的纖維方向，纖維與基體差異，因而層合板表現(xiàn)出各向異性或在各處厚度不均勻。1970 年代起，世界各國研究人員針對鋪層設計、優(yōu)化問題開展研究，逐步完善了復合材料鋪層在相關行業(yè)中的設計規(guī)律及工料鋪層設計通常從鋪層角均衡性、同一鋪層方向的層數(shù)要求、、分布均勻性以及維持層間角度偏差等方面出發(fā)的。在此基礎

用有限元計算頻率，提出了簡化葉片為懸臂梁果；梁明軒[38]基于有限元方法分析了葉片揮效應的影響；2010 年王建禮[39]等優(yōu)化了葉片iu 借助 Euler-Bemoum 梁模型使用推廣的 Gal葉片揮舞－扭轉耦合振動頻率，討論了葉片響[40-41]。目前，，模態(tài)分析技術的發(fā)展已取得線性模態(tài)等理論方面研究，但在實際應用過展，如模態(tài)分析的精度等。究現(xiàn)狀（Fluid Structure Interaction）是研究流體流動生變形反過又作用于流場，使流場流動狀態(tài)[42]。從控制方程的解法上看，流固耦合問題迭代求解強耦合[43]，如下圖 1-2：
【學位授予單位】：哈爾濱工業(yè)大學
【學位級別】：碩士
【學位授予年份】：2017
【分類號】：P743;P742

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本文編號：2695123