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第6章 结构荷载本项目分析内容包括结构的强度和屈曲分析、单工况动力分析和动力耦合分析。
因此，结构分析荷载分为静荷载和动荷载。
静荷载包括风机运转荷载、风、浪、流和冰荷载；动荷载包括风机运转荷载、风、浪、流、冰和地震荷载。
6.1 强度与屈曲分析荷载 6.1.1 风机运行荷载风力发电机组运行时，其叶片上的风荷载和风机偏航引起的荷载通过结构和传动机构作用在塔架顶端，因此，DnV 规范规定，海上风电机组基础结构设计应考虑风电机组的荷载。
这部分荷载包括：风轮上的静风压引起的荷载、湍流和尾流引起的荷载、风力发电机偏航引起的荷载和风力发电机组的重力荷载等。
中华人民共和国机械工业部标准（JB/T10300-2001）对风力发电机组的荷载计算做出了具体的规定： 6.1.1.1 正常运行荷载1、风轮上的气动荷载 (1) 作用在风轮上的平均压力作用在风轮扫掠面积A 上的平均压力H p 由下式计算：2H FB 12r p C V ρ=（6.1.1） 式中：C FB =8/9；ρ——空气密度； V r ——额定风速。
代入系数值并经量纲转换后得：2H 1800r V p =（kN/m 2） （6.1.2）式中：V r 的量纲为m/s 。
(2) 作用在塔架顶部的力为：XH H F p A = （6.1.3）(3) 湍流、风斜流和塔尾流的影响利用气动力距风轮中心的偏心距e w 来考虑湍流以及风斜流和塔尾流的影响：22w rwR e V = （6.1.4） 式中：R ——风轮半径；w ——任一方向风的极端风梯度，取w =0.25m sm或风速梯度的1.5 倍（二值中取较小值）。
由于此偏心距而产生最大附加力矩为：YH H w M p Ae = （6.1.5）或ZH H w M p Ae = （6.1.6）(4) 扭矩XH M 由最大输出功率P e1 确定：e1XH P M ωη=（6.1.7）式中：ω——风轮转动角速度；η——发电机和增速器的总效率系数。
海上漂浮式风电机组风波载荷计算与分析近年来，海上漂浮式风力发电技术的发展迅速，其具有位置灵活性、资源充足等优点，快速发展成为海洋可再生能源发电的重要方式。
但是，由于海上漂浮式风力发电机组是一种特殊的结构，它面临着海上恶劣的环境条件，特别是大幅度海浪和风场变化带来的预期外力给机组带来了一定的风波载荷，不仅会给机组的安全性和可靠性带来威胁，同时也会影响机组的发电效率和运行可靠性。
因此，如何准确的计算海上漂浮式风力发电机组的风波载荷，对于保障其安全、可靠运行至关重要。
首先，为了准确计算海上漂浮式风力发电机组的风波载荷，必须理解其规律性和特点。
根据海洋力学理论，风浪载荷主要有水平力矩、水平拉力和垂直水平力三种，其中水平力矩和水平拉力载荷是海上机组移动、活动和偏斜等运动带来的，垂直水平力是机组在海浪作用下抵抗力的体现，而它们彼此相互作用、相互影响，才构成了海上漂浮式风力发电机组的风波载荷。
其次，一般采用数值模拟的方式来分析风波载荷的影响。
模拟的主要流程是：确定所需的模型参数（如：机组几何特征、海浪特征），然后采用非线性有限元方法在运动的海浪场下分析机组的力学响应，并由此获得内力应力分布，最后得到相应的风波载荷能够得到准确估算。
另外，目前有一些模型或方法被用于计算风波载荷。
采用经典风波理论剖面法时，可以根据浪高、周期、频率等参数，计算出机组上的风波载荷信息。
此外，由于大型海洋计算流体力学（CFD）的发展，也可以采用CFD模拟来估算风波载荷。
CFD模拟首先要建立风波流动场的模型，然后将机组模型放入模拟场中，最后分析机组受力情况，从而得到相应的风波载荷数据。
最后，可以采用改进型模型来估算海上漂浮式风力发电机组的风波载荷。
例如，首先计算出某一点的风浪水平力矩，然后计算该点处海浪作用下的抵抗力，从而估算出海上漂浮式风力发电机组的风波载荷。
综上所述，准确估算海上漂浮式风力发电机组的风波载荷对于保障机组的安全性和可靠运行至关重要，计算海上机组受力情况必须从理解载荷规律特点和数值模拟进行，并可以采用已有的模型或方法，也可以采用改进模型来分析和估算海上漂浮式风力发电机组的风波载荷。
风力发电机叶片等效载荷计算及载荷谱分析米良;聂国林;程珩【摘要】风力发电机叶片部位通常受到随机变幅载荷的作用,所受随机载荷的随机性和无序性给载荷数据的处理带来了很大的困难.当前的数据处理方法通常是将随机变幅载荷转化为等效恒幅载荷进行分析,但由于其未能考虑低于疲劳极限的载荷对疲劳损伤所产生的影响故而会产生较大误差.针对上述问题,提出一种基于模糊理论的等效载荷计算方法,引入恰当的隶属函数,充分考虑低于疲劳极限的载荷对疲劳损伤所造成的影响,更加符合实际情况,以期提高等效载荷的计算精度.%The blade of wind turbine is usually subjected to random variable amplitudeload,which makes it difficult to process the load data.The current data processing method usually transforms the random load into equivalent constant amplitude load to reduce the data processingcapacity.However,the current method of equivalent load calculation fails to take into account the influence on the fatigue life made by the stress amplhude below the convention fatigue limit.So there is a large error in the equivalent load calculation by the current method.In view of the problems above,It properly considers the effects on fatigue life caused by load stress amplitude below the fatigue limit and presents a method of equivalent toad calculation by introducing the appropriate membership function based on fuzzy theory,which is more close to the actual situation.Thus improves the accuracy of the equivalent load calculation.【期刊名称】《机械设计与制造》【年(卷),期】2017(000)003【总页数】3页(P141-143)【关键词】模糊理论;等效载荷;隶属函数;程序载荷谱【作者】米良;聂国林;程珩【作者单位】太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室,山西太原030024;太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室,山西太原030024;太原理工大学新型传感器与智能控制教育部与山西省重点实验室,山西太原030024【正文语种】中文【中图分类】TH16;TK83风力发电机叶片是风电机系统中的重要工作部件，承载了主要的风力载荷，最容易发生疲劳破坏。
目录1前言错误!未定义书签。
2风轮气动载荷............................................... 错误!未定义书签。
2.1动量理论.................................................................................................. 错误!未定义书签。
2.1.1不考虑风轮后尾流旋转 .................................................................. 错误!未定义书签。
2.1.2考虑风轮后尾流旋转...................................................................... 错误!未定义书签。
2.2叶素理论.................................................................................................. 错误!未定义书签。
2.3动量──叶素理论.................................................................................. 错误!未定义书签。
2.4叶片梢部损失和根部损失修正 .............................................................. 错误!未定义书签。
2.5塔影效果.................................................................................................. 错误!未定义书签。
2.6偏斜气流修正.......................................................................................... 错误!未定义书签。
风电等效疲劳载荷计算风电是一种利用风能转换成电能的清洁能源，越来越受到人们的关注和重视。
然而，由于长期以来的运行和风力的变化，风机的叶片和其他部件会受到疲劳载荷的影响。
因此，进行风电的等效疲劳载荷计算，对于确保风机的运行安全和可靠性至关重要。
在风电行业中，等效疲劳载荷计算是评估风机叶片和其他部件的疲劳寿命的关键步骤。
通过对风机在不同风速下的工作状态进行模拟和分析，我们可以得出风机在实际工作中所受到的等效载荷。
这些载荷包括风速、风向、温度、湿度以及其他环境因素等，它们会对风机的叶片、轴承、齿轮等部件产生影响。
为了进行等效疲劳载荷计算，首先需要确定风机的设计参数和工况条件。
这些参数包括风机的额定功率、切入风速、切出风速等。
然后，通过采集和分析实际风机的运行数据，得出风机在不同风速下的工作状态和风能转换效率。
同时，还需要考虑到风机的使用年限、维护情况等因素，以确定风机的使用寿命和疲劳载荷。
在进行等效疲劳载荷计算时，需要结合风机的结构特点和材料特性，采用适当的疲劳寿命模型和计算方法。
常用的疲劳寿命模型包括Wöhler曲线和Miner准则等。
通过这些模型，可以预测风机在实际工作中的疲劳寿命，并进行疲劳载荷的评估和优化。
在进行等效疲劳载荷计算时，还需要考虑到风机的安全系数和可靠性要求。
通过合理设置安全系数，可以确保风机在设计寿命内不会发生破坏和事故。
同时，还需要进行可靠性分析，评估风机在不同工作状态下的可靠性水平，并制定相应的维护和保养计划，以确保风机的长期运行和性能稳定。
等效疲劳载荷计算是风电行业中一项重要的技术工作。
通过合理的计算和评估，可以确保风机的运行安全和可靠性，从而推动风电产业的发展并促进清洁能源的利用。
让我们共同努力，为构建美丽家园做出贡献。
风电机组载荷计算指标
风电机组载荷计算指标可以包括以下几个方面：
1. 功率载荷指标：包括平均功率载荷、峰值功率载荷、功率波动指标等。
平均功率载荷指标可以衡量风电机组在一段时间内的平均负荷水平，峰值功率载荷可以衡量风电机组在最大负荷条件下的承载能力，功率波动指标可以衡量风电机组在工作过程中的功率变化情况。
2. 轮毂载荷指标：包括轮毂挥舞角、轮毂转矩、轮毂测力计等。
轮毂挥舞角可以描述风电机组叶片在运行过程中的振动情况，轮毂转矩可以衡量叶片受到的转矩作用，轮毂测力计可以测量风电机组轮毂的受力情况。
3. 塔筒载荷指标：包括塔筒振动、塔筒转矩、塔筒测力计等。
塔筒振动可以描述风电机组塔筒在运行过程中的振动情况，塔筒转矩可以衡量塔筒受到的转矩作用，塔筒测力计可以测量风电机组塔筒的受力情况。
4. 叶片载荷指标：包括叶片振动、叶片转矩、叶片测力计等。
叶片振动可以描述风电机组叶片在运行过程中的振动情况，叶片转矩可以衡量叶片受到的转矩作用，叶片测力计可以测量风电机组叶片的受力情况。
这些指标可以通过传感器和监测装置进行监测和测量，以提前发现风电机组载荷异常和故障，并采取相应的维修和保养措施，确保风电机组的安全和可靠运行。
风力机叶片模态分析及稳定性分析来源：中国玻璃钢综合信息网近年来,“能源危机”越来越引起人们的重视,能源短缺使得可再生能源得到空前发展。
风能作为取之不尽用之不竭的可再生能源在近几年得到了迅速发展,世界上不少国家都把开发利用风能作为一项能源政策。
风机叶片是风力机的关键部件之一,目前大型风机叶片的材料主要是轻质高强、耐腐蚀性好、具有可设计性的复合材料,由于叶片采用复合材料铺层设计，结构异常复杂,单纯的经典理论解析计算已难以精确计算出叶片的强度和刚度,为此需要进行有限元的仿真模拟。
本文采用ANSYS的参数化语言APDL直接建模,然后赋材料属性、划分网格,进行叶片模态分析,较好地模拟了叶片的真实结构,计算了叶片在自由状态下的固有频率和在20RPM下的预应力频率。
最后加载极限载荷校核了叶片各截面稳定性。
1叶片模型的建立1.1建立几何模型叶片截面的翼型数据通过CA TIA导出,结合弦长和扭转角计算出实际叶片截面的坐标。
在AN-SYS的程序中形成如下格式:k,,838.309405,-83.92648,0k,,771.63901,-338.19972,0根据1MW叶片翼型的特点,将叶片分为45个截面,每个截面上有86个关键点。
通过Bspline命令将每个翼型上的关键点连成18条曲线,然后将叶片翼型上的曲线通过纵向直线连接。
最后通过Askin命令建立曲面,每两个翼型截面之间就有18个曲面,建完所有曲面就生成了叶片蒙皮的几何模型。
如图1(a)所示,再布置上主梁、腹板,形成整体叶片的几何模型。
1.2建立有限元模型在单元类型的选择上,根据叶片特点,主要采用shell91和shell99单元,其中shell91单元用于模拟夹芯结构。
在定义材料性能参数时,主要采用定义实常数的方式来模拟材料的性能、铺层角和铺层厚度。
之后选择合适的单元尺寸进行网格划分,最终形成叶片的有限元模型。
该模型共有21295个节点,共划分了7414个高精度的壳单元。
风力机载荷风力机载荷情况风力机载荷是风力机设计和风力机认证时的重要依据，用于对风力机进行静强度和疲劳强度分析。
目前，国际上有很多规范、标准对风力机载荷做了详细的规定。
其中应用最广的是IEC61400-1标准。
1.载荷分类作用在风力机上的载荷主要包括：（1）空气动力载荷；（2）重力载荷；（3）惯性载荷，包括离心力和科氏力等；（4）操纵载荷；（5）其他载荷，如结冰载荷根据载荷的性质，在风力机上的载荷可分为静载荷、定常载荷、周期载荷、瞬态载荷、脉冲载荷、随机载荷和谐振载荷等。
2.载荷情况由不同的外部条件与风力机工作状态组合而成，主要包括：①正常外部条件与风力机正常工作状态组合；②正常外部条件与风力机故障工作状态组合；③极端外部条件与风力机正常工作状态组合。
根据IEC61400-1标准的规定，载荷情况如表5-1所列。
表5—1载荷情况3.安全系数风力机设计时，需要提供的是设计载荷F d ，它和实际载荷F r 的关系是：d f r F r F =， 式中r f ——载荷局部安全系数 见表5-2所示：表5—2 载荷局部安全系数风力载荷计算 风力机载荷特性 1.叶片上的载荷 （1）空气动力载荷作用在叶片上的包括摆振方向的剪力Q yb 和弯矩M xb 、挥舞方向的剪力Q xb 和弯矩M yb以及变桨距时，与变桨距力矩平衡的叶片俯仰力矩M zb 。
叶片上的空气动力载荷可根据2.2节中的动量——叶素理论计算，计算时先求出轴向诱导因子a 和周向诱导因子b ，再求得叶素上的气流速度三角形以及作用在叶素上的法向力dF n 和切向力dF t （前图 2—1），然后通过积分求出作用在叶片上的空气动力载荷Q xb ，Q yb ，M xb 和M yb 。
图2-1叶素上的气流速度三角形和空气动力分量0R2xb 0n r 1Q V cC dr 2ρ=ò0R2yb 0t r 1Q V cC dr 2ρ=òR2yb 0n r 1M V cC rdr 2ρ=òR2yb 0t r 1M V cC rdr 2ρ=ò式中R ——风轮半径； r 0——轮毂半径。
全球已有50多个国家正积极促进风能事业的发展。
由于风力发电技术相对成熟，许多国家投入较大、发展较快，使风电价格不断下降，考虑环保和地理位置因素，加上政府税收优惠和相关政策的支持，有些地区风电可与火电等竞争。
与其他地区相比，欧洲的风能发电发技术发展最快，居全球领先，其中德国十分重视风电发展，目前是世界上风电装机最多、风电技术最先进的国家，风力发电量可满足全国电力消费量的4．7％左右。
德国风力发电设备制造技术及规模处于世界领先水平，在国际市场上占有重要地位。
此外还有美国、西班牙、英国、芬兰、瑞士等国家。
全球风能协会(GWEC)在其报告中公布，2006年全球风电机组新安装量为15 197 MW，累计安装总量达74 223 MW。
上述统计涉及全球逾70多个国家和地区。
所有国家中机组安装总量最高的依次是德国(20621MW)、西班牙(11 615MW)、美国(11 603MW)、印度(6 270MW)和丹麦(3 3136MW)。
目前，全球已有13个国家迈入安机量超1 GW的队伍之中。
风力机叶片是风力机最重要的部件之一，也是受力最为复杂的部件。
叶片在运行中由于气动力、弹性力和惯性力的锅合作用而引起的不稳定振动，常常是导致叶片破坏的重要原因之一。
因此，叶片的气动弹性稳定性问题一直是人们所关注的研究课题。
叶片气动弹性计算大都采用类似直升机旋翼的经典方法，考虑叶片挥舞、摆振和扭转振动的组合。
Houbolt和Brooks推导了无锥角、非均匀桨叶挥舞——扭转耦合的运动微分方程。
Wendell推导了适用于风力机叶片的气动载荷，并用非耦合的非旋转模态研究了其气动弹性稳定性问题。
Kottapalli等用非耦合的旋转模态对该问题进行了研究，在计算过程中，忽略了叶片和塔架的耦合效应，对非线性方程线性化，得出了风力机叶片的静态响应及其稳定性边界，但与试验结果相比偏于保守。
Miller等用半刚性模型研究叶片的气动弹性稳定性问题。
Chopra和Dugundji用非线性半刚性模型研究了叶片的气动弹性响应和稳定性问题。
