ansys風機葉片的案例
基于ANSYS的風機復合材料葉片建模分析模態分析 ￥20
基于ANSYS的風機復合材料葉片建模分析模態分析
首先需要葉片的截面輪廓
本文原始數據將風機葉片三維模型獲取了90多個截面輪廓，最后根據實際需要，利用C#軟件編程，獲取了其中32個風機復合材料葉片輪廓點。然后再利用ansys的spline功能連線，spline連點有上線，葉片中間還有加復合材料的加強筋，所以建模時需要考慮清楚連點的個數。
再利用askin功能，兩條線之間連成面。
再由線形成面。
利用shell281單元，設置保存每層的值。
新建復合材料屬性，各向異性。
自由網格劃分，約束，求解前十階模態，
第1階模態振動
展開 壓電驅動風機葉片的模擬 ￥20
問題描述
一壓電驅動的風機葉片結構如下，分析其模態及在115伏60Hz下的響應。
壓電驅動風機葉片真實模型
壓電驅動風機葉片幾何模型
模態分析
設置各個部件的材料屬性，尤其壓電材料。在Engineering Data中，創建新的材料命名為“Piezo”，密度輸入為7500kg m^-3，以表格的形式輸入壓電材料的各向異性彈性模量。
對兩塊壓電晶片零件賦予Piezo材料屬性，同時在Piezo2 body頂部上建議一個y軸反轉的局部坐標系作為壓電極化方向。
設置面尺寸及體尺寸，網格劃分如下：
在分析設置明細中Options的Max Modes to Find輸入3，其余保持默認；FR4板上的兩圓孔面施加固定約束。
插入Piezoelectric Body對兩壓電晶片零件添加壓電屬性如下：
插入Voltage對下面的壓電晶片底部添加0電壓值；同時對兩壓電晶片零件的接觸面添加Voltage Coupling。
求解得到前三階頻率為60Hz、340Hz、352Hz，振型如下：
諧響應分析
諧響應分析的邊界條件在模態分析的基礎上，再在上部壓電晶片部件的頂面添加電壓115V
采用完全法進行分析，掃頻范圍為59Hz到61Hz，間隔為20；剛度系數通過阻尼vs頻率添加，頻率60Hz時對于阻尼系數為0.01.
求解得到壓電風機葉片尖端的頻域響應，右擊頻域響應結果，選擇create contour result，創建最大振幅對應的位移結果。
展開 Scheuerle風機葉片運輸特種車輛
Scheuerle在風機運輸方面有其獨特的理念，其開發的風機葉片適配器可以安裝到Scheuerle通用的InterCombi拖板單元上，使其變成能運輸風機葉片的特種車輛，與傳統的運輸方式相比，具有更強的適應性和靈活性，尤其適合在陡峭和狹窄的區域使用。
Scheuerle風機葉片運輸特種車輛Wiesbauer公司購置了該種設備，風機葉片適配器被安裝在6軸的InterCombi單元上，并配備了SP動力單元，使得設備可以通過遙控自走，當前的規格可以運輸最長60米，最重25噸的風機葉片。這是一次在實際環境的測試。
Scheuerle風機葉片運輸特種車輛正在穿越一個居民區。道路比較狹窄。
Scheuerle風機葉片運輸特種車輛游刃有余。
Scheuerle風機葉片運輸特種車輛遇到障礙物時，可調整適配器的角度作出規避，此時是把葉片放平，最大角度可以為60度。
Scheuerle風機葉片運輸特種車輛進入林間小道行進。
Scheuerle風機葉片運輸特種車輛測試結果表明，Scheuerle的該方案非常適合“最后一英里”直達現場的條件苛刻的運輸場景。
展開 應用MRF模型模擬三葉片風機 ￥4.9
概述
空氣動力學相關概念
攻角
升力系數
阻力系數
翼型雷諾數
安裝角
葉尖速比
幾何結構
風輪
葉片
翼型
物理模型
三葉片風力發電機
翼型NACA4412 等
網格模型
根據翼型劃分二維網格
葉片移動旋轉復制為3個
仿真模型
邊界條件
inlet
velocity inlet
outlet
Pressure-outlet
wall-1
wall-2
求解過程
單葉片數值模擬
垂直軸風力機模擬
Fluid-1 motion type Moveing Reference Frame
Fin Momentum wall motion --moving wall
定義交界面
結果對比
氣動特性 等
展開 
案例23-使用梁單元的風機葉片模態分析
本案例演示了如何使用梁單元來模擬一個風機葉片這樣的細長復合結構。
主要用到了下列特點和能力：
• 劃分網格的梁截面子類型能夠方便地表示有復雜幾何和非均勻材料的組合式截面
• 能夠定義變截面幾何的錐形梁截面
• 為提高計算效率和精確度的立方插值選項
• 從一個包含復合材料的分析中儲存非平均結果格式
風機在可再生能源的獲取中扮演了重要的地位，風機葉片是風機的關鍵部件，葉片優化設計對于風機的最終效率和強度非常重要。
因為其極佳的成形性和比強度，纖維增強復合材料在葉片的生產中被廣泛應用。與它們的傳統對應物相比，復合材料引入了一系列的設計參數，如基體和纖維材料的性能、層厚和纖維方向等。
每個葉片的設計必須仔細驗證。比如，為避免災難性的失效，必須讓其固有頻率不接近任何一個共振頻率。沒有為設計驗證做的有效模擬的幫助，復合葉片的設計過程會極其耗時。
因為葉片具有復雜的幾何形狀，常規的策略是使用殼單元和實體單元對風機葉片進行3D有限元建模。通過精細的三維模型，葉片的整體和局部力學響應能夠被殼單元和實體單元充分地預測出來，當設計改變時，使用殼單元或實體單元的劣勢就顯現了出來。
在設計中小的改變能夠導致整體三維模型部分或完全的重構，因為三維模型通常很難建模或修正，在設計過程中的頻繁修正不是很實用。
在某些情況下，尤其在設計的初級階段，只考慮葉片的整體力學響應。一個如一維梁單元的簡化模型在這種情況下可能更適合。具有高階截面-建模能力的梁單元能夠付出最小的建模和計算成本，并準確預測典型復合風機葉片的固有頻率。
下圖顯示了長30m的單風機葉片，包含了主要三種結構：蒙皮，翼梁和抗剪腹板。
在實際應用中，葉片的三個部分均可以用層狀復合材料。
展開 科思創成功安裝首支聚氨酯風機葉片
全球領先的高性能聚合物材料供應商科思創今日宣布，首套使用其聚氨酯樹脂制造的風機葉片已成功安裝投入運營，標志著科思創將聚氨酯樹脂作為風機葉片材料進行商業化的又一里程碑。該材料可以更好地滿足風力發電行業對新一代更長、更強韌葉片的需求。
此次安裝的風機葉片（型號WB113-PU）長55.2米，功率為2兆瓦，其主梁和腹板均采用科思創聚氨酯樹脂材料制成。風機日前在位于遼寧省鐵嶺市的一座風電場完成安裝，該風電場由遼寧大唐國際新能源有限公司負責運營。
更長的風機葉片是風電行業的新趨勢，為此提升葉片在更高塔筒上的抗風壓能力也成為了新的挑戰。科思創專門研發了用于風機葉片生產的聚氨酯樹脂材料以適應這一新要求。科思創全球各地的研發團隊與產業鏈上下游的眾多合作伙伴，包括葉片制造商、整機制造商、玻璃纖維制造商、設備供應商和葉片設計團隊密切合作，共同完成了研發工作。
科思創聚氨酯業務部市場部亞太區副總裁顧立安（Julien Guiu）表示：“該風機試點項目在中國東北的成功安裝投運，是對科思創聚氨酯樹脂材料強度的認可，也證明該材料在風機葉片領域的應用已準備就緒。我們希望借此機會向行業合作伙伴傳遞一個強有力的信號，使用聚氨酯制造更長更強的風機葉片的時代已經到來。”
為了獲得相關認證，新的風機葉片必須通過各種嚴格的第三方測試。為確保風機葉片能在惡劣環境下實現長時間穩定運轉的要求，科思創對風機葉片性能進行了全面測試，并成功通過了北京鑒衡認證中心（CGC）的靜力和疲勞測試（包括擺振和揮舞方向）。
風機葉片通常由特制玻璃纖維增強樹脂，經真空灌注技術制造而成。聚氨酯復合材料成功應用于大型風機葉片的制造，證明了聚氨酯樹脂本身具有卓越的機械性能和抗疲勞性能。同時，由于聚氨酯固化速度快，加工性能好，葉片制造商可以縮短生產時間，提高生產效率。
展開 案例55-帶圓盤轉子風機葉片的反求分析
參考溫度保持在22°C，溫度載荷施加在葉片（BF）上：
在旋轉頻率為534.76 Hz的EO=2發動機階次激勵下，產生了非穩態流動壓力（從ANSYS CFX導入）。然后通過映射處理器（/MAP）將壓力數據映射到機械APDL中的結構轉子風扇葉片模型。
分析和求解控制
執行以下兩種求解：
• 解1（逆解分析）：對模型的熱幾何結構進行使用逆解（INVOPT，ON）的非線性靜態分析，以獲得冷幾何結構（用于制造）和熱幾何結構的應力/應變結果。
• 解2（正向求解分析）：將該分析結果作為證明反向求解分析正確性的參考。再次求解從解1獲得的冷幾何體，但使用傳統的正向求解分析來獲得具有應力/應變結果的熱幾何體。
逆解分析后再進行正解分析，或反之亦然，稱為回路測試，因為它應始終使用相同的解生成相同的幾何圖形。
結果和討論
為了便于比較兩種分析的結果，在冷（解或參考）幾何圖形上繪制逆解分析結果。應力和應變的結果實際上是熱（輸入）幾何結構的結果。
解1（逆解分析）和解2（正解分析）的結果非常吻合，表明逆解給出了轉子風扇模型的正確冷幾何結構：
等效應力和等效總應變圖的解1和解2的比較表明，結果符合：
下圖顯示了解1和解2在X方向上的熱應變的比較：
在下圖中，解1和解2在轉子風扇葉片模型的熱幾何結構上的差異非常小，表明所獲得的冷幾何結構可以被認為是正確的：
建議
執行反解分析時，考慮以下事項：
• 如果觀察到環路測試結果存在顯著差異，請嘗試使用更嚴格的收斂標準和相等數量的子步來獲得匹配結果。
• 如果在反解分析過程中應用位移型荷載，則應使用反符號。
展開 專門針對風機葉片覆冰所設計的結冰傳感器-MDC-ICE
該設備通過將結冰信號轉換為電學信號進行實時監測，涵蓋微波、電容、超聲波、紅外光學等多種檢測技術，可部署于飛機機翼、輸電線路、風力發電機葉片等場景。
按檢測機理分為光學式、電學式和機械式三類：光學式基于冰層對紅外光的散射特性差異，如光纖傳感器通過反射光強度變化判斷結冰狀態；電學式利用介電常數變化，如電容傳感器通過雙平面電容結構測量覆冰厚度；機械式則依據結冰導致的結構剛度變化，如壓電傳感器通過諧振頻率偏移感知冰層形成。主要性能參數包括檢測精度（可達0.1mm）、溫度范圍（-40℃~85℃）、防護等級（IP67）及通信接口（RS485、光纖等）。部分型號集成加熱除冰功能，可與自動化系統聯動實現智能預警。
工采網代理的結冰傳感器-MDC-ICE是專門針對風機葉片覆冰所設計的結冰傳感器，通過冰、水與空氣介電常數的變化，可實時監測葉片結冰狀態。傳感器集成了專用數字電容傳感芯片MDC04、MCP61及高精度數字溫度芯片M601；內嵌算法增強有效判斷環境的結冰情況，可同時提供側面及底面覆冰電容、環境溫度、冰水狀態判斷、冰層厚度、雨量大小等信息。
MDC-ICE提供485接口，產品形態如下圖所示。傳感器兩翅構成對平面電容C1，在兩翅之間的底面構成另一個電容C2，可以用于覆冰的判斷。傳感器四角有四個安裝耳（直徑φ5mm），用于固定在支持架上，建議傳感器水平放置固定。
接口說明：
主要性能：
溫度范圍：-40℃~+85℃
供電電壓：5V~36V
防水等級：IP67
工作功耗：2.8mA@12V
可檢測冰厚范圍：≤30mm
測量精度：2mm
通訊接口：RS485
產品尺寸：265mm*150mm*50.6mm
連接線規格：4 芯屏蔽線，外徑 6.7mm，線長標準 15m
展開 復合材料風機葉片CAE實施可行性報告
許多大型的CAE分析軟件已相當成熟并已商品化，計算機模擬分析不僅在科學研究中普遍采用，而且在工程上也已達到了實用化階段
復合材料風機葉片CAE實施可行性報告.doc
風機葉片轉一圈，到底能發多少度電？
從圖中看，其他正常運行的風機的旋轉速度也相對較快，可判斷當時的風速確實很大，但是大風并不是造成這次事故的主要原因。
知識點
正常的情況下，風力發電機組主要采用葉片空氣制動和機械剎車制動，使風機能夠在緊急情況下，使葉輪轉速逐漸降低至停止。
此次發生飛車的主要原因是風機本身發生故障。在風機發生超速時，槳葉角度不能回到順槳位置，剎車制動失靈，導致葉輪轉速不能下降，在一定風速下葉輪越轉越快，最終引發事故。
風電也怕大風嗎？如何應對呢?
知識點
風可以說是是風電行業的“生命之源”，有了強勁的風能，風機才可以產生源源不斷的電能，不過當然也不是風越大越好。每種機型不同，能承受的最大風速也不同，當遇到極端的大風天氣，風機也有自己的應對辦法。
應對辦法
↓↓↓
1.
展開 GTS激光跟蹤儀服務風電行業，提升百米風機葉片運輸安全
風力發電是當前廣泛運用的清潔能源發電方式之一，風力發電主要利用風力帶動風車葉片旋轉，再通過增速機將旋轉的速度提升，來促使發電機發電。目前最長的風車葉片尺寸已經達到了130米，超長的葉片給運輸帶來了巨大的難題：如何將100米長的葉片牢牢固定在運輸卡車上？為了解決運輸難題，人們設計出了一款用于固定風車葉片的工裝。
風機葉片運輸
測量需求
葉片固定工裝由底座和安裝位兩部分組成，底座長度在4-5米。需要測量內容主要包括：安裝定位面與底座之間的垂直度，及底座的平面度，零件的長寬尺寸等。
測量示意圖
解決方案
由于風車葉片固定工裝尺寸較大且不易搬動，我們使用中圖儀器GTS3600激光跟蹤儀，配合1.5英寸反射靶球以及SpatialMaster測量軟件在車間現場對工裝進行測量。測量過程中需要采集工裝底座正反兩面的的特征，利用SpatialMaster 測量軟件中的定位轉站功能，可以很輕松地將正反兩面的測量數據拼接在一起，再評價兩面的平面度以及與定位面之間的垂直度。通過SpatialMaster 軟件的向量組查詢功能，可以直觀地反應出該零件的底座呈兩端低中間高的彎曲變形。
測量現場圖
底座測量數據
底座數據誤差圖
總結
通過中圖儀器GTS系列激光跟蹤儀搭配SpatialMaster 測量軟件可有效降低風電工裝生產、裝配過程中的誤差風險，大大提高裝配精度。中圖儀器GTS系列激光跟蹤儀安裝簡易、使用方便，既能保證大的測量空間，又能保證較高的測量精度，設備還攜帶無線模塊，支持遠距離無線傳輸，能夠滿足用戶在各類復雜條件下的測量需求。
展開 
IEA 15MW海上風機葉片的高保真幾何模型 ￥398
<p>IEA 15MW葉片結構包含三部分，分別葉片外殼與兩根剪切腹板；壓縮包里包含一個IGES文件和hypermesh模型，以及葉片的官方說明書。</p>
復合材料創新：熱塑材料“Elium”制造風機葉片
阿科瑪公司自豪地展示其史無前例的創新項目：使用熱塑聚酯“Elium”制造風機葉片。此美國首例項目是由化工和材料">復合材料產業的主要廠商結合彼此的專業技術而達到的。這一協作由先進復合材料制造協會(IACMI)導演并被以影片形勢記錄。
綠色能源現在正在成為一項現實的社會議題。阿科瑪在此又一次展現出其對可持續發展的決心。風機葉片在美國本土首次由熱塑樹脂“Elium”制造成功。
本項目于2017年1月在科羅拉多州波爾得展開，意在測試使用熱塑復合材料工業生產風機葉片的可行性。對于阿科瑪團隊來說，此項目也是展示“Elium”的豐富特點的機會，包括：
節省能耗
作為一種液態環氧樹脂，“Elium”樹脂和熱固復合材料應用相同的處理方式和模具。不過，因為模具不需要預熱，所以能耗小得多。而且，葉片部件組裝的膠黏劑可在常溫中使用，不同于熱固膠需要加熱。
環保
阿科瑪的初步測試結果顯示“Elium”制成的葉片部件比熱固復合材料耐受性更強。并且“Elium”的熱塑性使其更方便回收再利用。這是高性能材料的一個重大首例和真正的創新。
高透明水晶樹脂https://www.hongyantu.com/index.php?r=landing/index&id=szjgb
展開 【流固耦合數值仿真算例】風機葉片流固耦合數值仿真
風機 是一種利用輸入的機械能來增加氣壓，并將氣體排出的機械。在中國，風機是對 氣體壓縮和氣體輸送機械 的習慣簡稱，一般指的是 通風機，鼓風機，風力發電機 。風機廣泛用于工廠、礦井、隧道、冷卻塔、車輛、船舶和建筑物的通風、排塵和冷卻，鍋爐和工業爐窯的通風和引風；空氣調節設備和家用電器設備中的冷卻和通風；谷物的烘干和選送， 風洞風源和氣墊船的充氣和推進 等。 為了更好地了解風機的結構及特點，提高風機的總體設計水平與使用效能，可通過自建高性能并行集群仿真平臺， 利用OpenFOAM開源軟件進行計算， 考慮流固耦合方式對風機葉片上的氣動載荷進行分析。 下圖為數值模擬結果。
風機在計算域中的示意圖
風機在計算域中的示意圖
風機在簡化氣動力下轉動效果
流固耦合條件下模擬，可以考慮風機塔架、機艙的振動響應。
在此種模擬方法下，可以輸出風場縱剖面速度云圖，考慮風機的尾流效應。
單風機尾渦效果展示
雙風機尾渦效果展示
葉片是風力發電機中最基礎和最關鍵的部件，其良好的設計，可靠的質量和優越的性能是保證機組正常穩定運行的決定因素。考慮流固耦合方式對風機葉片上的氣動載荷進行分析，可以為風機的總體設計提供一個較為全面的建議及分析方法。
展開 亞洲首個海上風機碳纖維葉片廠破土動工
https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/46900.html
天力董事長林逸杰表示，旗下臺中廠將是亞洲第一個離岸風機碳纖維葉片廠，也是目前商業化最長的碳纖維葉片廠，第1期工廠投產后，每2天可生產1支的「80公尺以上碳纖維葉片」，年產量可達150支，規劃年產值達100億元，等第2期工廠量產后，規劃年產值可再翻倍。
林逸杰說，天力客戶除了與合作廠商的三菱重工維特斯（MVOW）外，并積極爭取包括日立、西門子歌美颯（Siemens Gamesa）、GE、Vestas，及Enercon的訂單，以期打造公司成為風電產業圈的「臺積電」。
身兼該葉片產業聯盟召集人的天力副董事長賴勁麟指出，放眼全亞洲，目前只有中國大陸與印度有風電葉片廠，日本、韓國、新西蘭、澳大利亞及東南亞國家，都沒有風電葉片廠。其中，印度市場目前還需仰賴進口，而中國大陸的海上風力機葉片4MW～6MW剛開始發展而已。https://www.hongyantu.com/goodlist/sz/46892.html
反觀，臺灣地區海上風力機葉片從8MW以上開始發展，具有亞太地區領先地位。不過，賴勁麟同時也呼吁臺灣地區政府，要把握機會2020年全面推動8～10MW葉片的產業鏈在地化，臺灣地區才有保持十年以上的競爭優勢。如果2024年才落實，屆時中國大陸業者已趕上之后，臺灣地區將失去年產值千億元的風電葉片市場。
本文內容轉載中國復材展組委會，轉載目的在于傳遞更多信息，并不代表本人贊同其觀點和對其真實性負責。如涉及作品內容、版權和其它問題，請及時與博主聯系，我們將在第一時間刪除內容！
展開 