基於結構分析的風電葉片輕量化解決方案
基於結構分析的風電葉片輕量化解決方案
韓國能源研究所的專家們決心並致力於碳中和,其中,風能研究小組的戰略重點是開發風電機組技術,進行性能測試和執行認證。

韓國正在爭(zheng) 奪建設最可持續城市的競賽,意圖通過其綠色新政大力投資可再生能源——包括建造世界上最大的海上風力發電廠的計劃——來提高自身競爭(zheng) 力。韓國能源研究所的專(zhuan) 家們(men) 決(jue) 心並致力於(yu) 碳中和,其中,風能研究小組的戰略重點是開發風電機組技術,進行性能測試和執行認證。


隨著對發電效率的要求越來越高,風電機組的尺寸變得越來越大,這反過來又給建築、運輸和安裝帶來了挑戰。通用電氣公司和美國國家可再生能源實驗室推出了一種織物覆蓋的風電機組葉片,用於(yu) 降低其重量和製造成本。但使用織物的方式及比重需要考慮很多因素,包括材料、形狀、加強筋、翼梁。需要一個(ge) 合適的平台來探索設計上各方麵的平衡。

解決方案

通過采用MSC Nastran 對葉片采用變分漸近梁截麵分析(VABS)進行設計和結構分析,對風機在正常發電、停機、緊急停機和停車等多種運行條件下進行了仿真。通過模態、靜態和其他結構分析來確定主梁是否可以承受剪切載荷並安全運行。

由Dong-Kuk Choi博士領導的韓國航空航天大學機械工程小組對織物覆蓋的葉片進行了計算和實驗研究,以確認它們(men) 的結構完整性與(yu) 典型的風電機組葉片相似。此項研究將FEA 結果與(yu) 帶有單軸加速度傳(chuan) 感器、衝(chong) 擊錘和DAQ 係統的模態測試結果進行了比較。在測試台上,單軸加速度傳(chuan) 感器將擺動方向和邊緣方向的加速度轉換為(wei) 電信號,衝(chong) 擊錘將激勵施加到葉片上。DAQ 係統在葉片振動時測量加速度數據。對葉片在多種負載和多種配置下進行了測試,包括沿邊緣和擺動方向。MSC Nastran 在擺動和邊緣方向與(yu) 實驗的匹配度誤差分別為(wei) 7.37%和9.45%。


優勢亮點
01     可以多方麵模擬各項因素變化進行測試

MSC Nastran能夠對材料、形狀、加強筋、翼梁等影響葉片的結構及材質進行仿真模擬,而後探索設計中這些元素的比重並進行分析

02    結合多種運行條件,提供全麵的仿真測試工作

風機的狀態並非靜止不變,有著正常運行、停機、緊急停機和·停車等多種運行狀態。在不同狀態下,風機葉片的受力及震動也有差異,並不能按照同樣的狀態進行分析。MSC Nastran能夠結合風機的不同狀態,進行全麵的仿真分析

03     仿真結果極度貼近實際測量結果

在Dong-Kuk Choi博士領導的團隊實驗中,MSC Nastran 在擺動和邊緣方向與(yu) 實驗的匹配度誤差分別為(wei) 7.37%和9.45%,均小於(yu) 10%

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