本文基于ANSYS軟件建立風機葉片根端連接部分的有限元模型，并對葉根玻璃鋼部分及T型連接螺栓進行應力分析和強度校核，為葉片根端連接的設計、優化及材料的選用提供可靠的依據和指導。
　　1  引 言
　　隨著能源危機的日益嚴重，以及公眾對于改善生態環境要求的呼聲不斷高漲，風能作為一種清潔的可再生能源越來越受到各國政府的重視。目前，全約有50多個頒布了支持可再生能源發展的相關法律法規，對風電發展起到了至關重要的作用，風力發電產業正逐步發展成為初具規模的新興產業。當前，各國正加快對風力發電機組的研究步伐，不斷推出新的技術裝備。
　　風力發電機葉片（簡稱風機葉片）是風力發電機組中的關鍵部件之一，葉片的翼型設計、結構形式，直接影響風力發電裝置的性能和功率。其中根端連接是葉片設計中關鍵的地方，因為將葉片根端固定到輪轂上，鋼輪轂和制造葉片的材料一般為玻璃纖維增強塑料（GFRP），它們之間的相關剛度差有數量級的差別，妨礙載荷的平滑傳遞。通常采用螺栓進行連接，螺栓可以沿軸向嵌入葉片的材料中或沿半徑方向穿過葉片殼體，但這兩種情況中葉片根端應力集中都是不可避免的。同時葉片在載荷工況作用下，葉根連接螺栓的強度分析也十分重要。
　　本文采用ANSYS有限元軟件對葉片根端連接部分建立有限元分析模型，并對葉根玻璃鋼部分及T型連接螺栓進行應力分析和強度校核，從而指導葉片根端連接的設計、優化及材料的選用。
　　2  葉片根端連接模型
　　2.1  葉片結構外形及材料屬性
　　目前風電場中采用較多的1.5MW級變速變槳風力機復合材料葉片，其葉片根端連接如圖1(a) 所示。葉片根端橫截面為圓環形，其外圓直徑為1890mm，內圓直徑為1710mm，中心圓直徑為1800mm，根端長度取800mm。從根端沿著中心圓周線均勻打孔并安裝54根T型螺栓接頭連接軸承。T型螺栓接頭，如圖1(b) 所示，由插到葉片殼體縱向孔內的鋼螺柱，與保持在橫向孔內的柱狀螺母進行連接。葉片殼體縱向孔直徑為32mm，長度為200mm，葉片殼體橫向孔直徑為65mm，橫向孔軸線距根端為190mm。鋼螺柱中間圓桿直徑為23.1mm，長度為260mm，兩端螺紋直徑為30mm，長度為80mm。柱狀螺母直徑為65mm，長度為110mm。
　　根端玻璃鋼的主要成分是三軸布，T型螺栓接頭采用42 CrMo鋼, 其材料參數如表1所示。
      
　　圖1(a)  葉片根端連接圖            圖1(b)  T型螺栓接頭
　　表1  玻璃鋼及42 CrMo鋼的材料參數
      
　　2.2  載荷及邊界條件
　　在變漿風力機組中，軸承插在每個葉片和輪轂之間，使葉片可以繞軸旋轉或調節槳距。其中軸承的內環螺圈與葉片根端的T型螺栓接頭連接,而外環螺圈固定到輪轂上。同時為了使葉根的疲勞荷載影響減至小，標準操作是給T型螺栓加上預緊力，對于1.5MW級變速變槳風力機，對其葉根的每個T型螺栓施加預緊力300 kN。
　　葉片在正常工作狀態和故障情況下，會受到各種不同的風況影響。根據《風力發電機組部分 安全要求》（IEC61400-1）規范，通過氣動載荷計算等，到葉片根端處的極限葉根彎矩5360 kNm及軸向力250kN。
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