水平轴海流机叶片外形设计和力学分析

Blade design and mechanical analysis of horizontal axis current turbine

将水平轴海流机叶片作为研究对象,以最大获能效率作为目标函数,利用Wilson设计方法,通过MATLAB和Solidworks联合仿真,对叶片形状进行参数化建模,得到叶片沿展向的弦长和扭角的拟合曲线。利用ANSYS对海流机叶片进行力学分析。结果表明:在设计工况下选用结构钢材料,海流机叶片总的最大变形量为42.747mm,最大的等效应变为0.067mm/mm,最大的等效应力为13268Mpa。在设计工况下,海流机叶片的一阶固有频率为1318Hz,主要的振动型式为沿海流机轴向挥舞;二阶固有频率4164.3Hz,主要的振动型式为二阶轴向的挥舞和周向的摆振。海流激励和叶轮的激励范围分别为3.47×10^(-5)Hz和0.139~1.39Hz,两者相差甚远,根据振动理论,不会发生共振。叶片振动节点位于距叶跟约三分之二处,工程应用中应加强这些部位的结构强度。