ANSYS作为一种强大的有限元分析软件，已广泛应用于机械、电子、航空航天、汽车、船舶等各个领域，是现代设计中必不可少的工具。BLADE是Garrad Hassanand Partners Limited公司研制的一款风力机大型设计软件，这套软件可以对风力机设计中的各个部分，包括叶片翼型选择与设计计算、传动链的配置形式、控制方式的选择、载荷的计算、疲劳分析等进行有效的计算与验证，是目前不可多得的功能较丰富的风力机设计软件。本文基于ANSYS强大的分析功能，通过BLADE软件在计算机上建立风力机的数字化实时仿真器，模拟出风力机在各种不同的运行情况下叶片及轮毂的动态性能，进而筛选出载荷计算报告中的极限值作为应力初始值，对研制的1MW级风力发电机的轮毂进行有限元分析，获得了比较好的效果，同时缩短了设计周期，降低了设计费用。
      本文以1MW机型SUT-1000的轮毂部分为研究对象，分析轮毂的强度及轮毂与叶片间连接螺栓的强度校核，结构形式与载荷坐标系见图，轮毂构型见图。风力发电机的叶轮由三片叶片对称安装在轮毂上构成，两片叶片间的夹角为120°。叶片与轮毂依靠轴承连接，并用螺栓分别紧固在轴承的内外圈上，通过液压驱动同步盘实现变桨距功能。叶片产生的气动载荷以及由于风轮旋转和机舱对风转动引起的离心力、惯性力和重力通过三片叶片传递给轴承并最终通过螺栓传递到轮毂上，这些载荷和轮毂自身的重力构成了轮毂载荷。由于轮毂结构形状复杂，当轮毂承受叶片传来的各种静载荷和交变载荷时，在轮毂法兰盘处很容易引起应力集中。因此轮毂设计的好坏将直接影响到整个风力发电机的正常运行和使用寿命，有必要对轮毂进行受力分析以确定轮毂各个部位应力分布，为轮毂的优化设计提供依据。
      风力发电机的极限载荷计算是依据IEC61400-1指定的载荷工况，利用风力机大型设计软件BLADE计算得到，安全系数取1.35。BLADE中模型的建立见图，叶片根部载荷报告见表。轮毂有限元模型的建立是通过SOLIDWORKS软件形成PARASOLID格式的实体转入ANSYS中，再进行分网.轮毂模型采用10节点实体单元，叶片与轮毂连接面的中心与螺栓中心及螺栓长度用多点约束梁单元连接。应用有限元素法，静力分析方程可归纳得到三个附加方程，故可以处理实体单元与梁单元之间不同自由度数之间耦合的问题，有限元模型见图，共划分57098个单元，97960个节点。
      依据BLADE软件计算得到的极限载荷值表施加极限载荷，轮毂材料属性见表。在轮毂与主轴连接螺栓处建立节点，并施加UX、Uy、UZ三个方向，以模拟轮毂真实约束情况，叶片载荷在三片叶片与轮毂连接面中点，按叶片局部坐标系分别施加，有限元计算效果图见图，从有限元计算结果可以看出，轮毂与叶片连接区域或轮毂与主轴连接区域应力较大，最大应力出现轮毂与主轴连接螺栓点处，最大单点等效应力为151MPa，远小于材料的屈服强度，故该轮毂设计满足强度要求。从有限元计算结果中提取轮毂与叶片连接螺栓载荷，以校核轮毂与叶片间螺栓的强度，这里载荷输出为轴向力，轴向力受拉为正，受压为负，经ANSYS有限元提取叶片1上螺栓的最大轴向力出现在前端23868节点处，为260086.7N；叶片2上螺栓的最大轴向力出现在前端25260节点处，为215345.7N；叶片3上螺栓的最大轴向力出现在前端22428节点处，为230742.9N，本文选取238686节点处的螺栓为研究对象，选取危险载荷状态进行强度校核，当叶片旋转至水平位置时，叶片与轮毂连接处的螺栓受横向载荷最大，载荷值为叶片的重力G=44100N。
      利用BLADE和ANSYS软件对轮毂进行受力分析不仅可以缩短设计周期，而且能较真实地反映轮毂的受力情况，为后续的轮毂设计和改进提供了重要依据。

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