Детальная информация

Данная работа посвящена 3d-моделированию посадочного узла ветрогенератора малой мощности. В работе применялись современные системы автоматизированного проектирования SolidWorks и инженерного расчёта ANSYS Workbench. На начальном этапе выполнен анализ существующих конструкций и требований к ним, а также детально изучены возможности 3D-моделирования в среде SOLIDWORKS. На основе распространённой конструкции потребительских ветрогенераторов малой мощности была создана модель посадочного узла щёточного типа, а также добавлена крышка коробки генератора и хвост. Для оценки её прочностных характеристик проведён статический и динамический расчёт методом конечных элементов (МКЭ). Проведён анализ запаса прочности конструкции. Модель полностью может быть напечатана на 3d-принтере.

This study focuses on 3D modeling of a mounting assembly for a small- power wind turbine. The research implements modern CAD software SolidWorks abd engineering analysis system ANSYS Workbench. Early stage involved analyzing existing designs and their requirments, along with exploration of SolidWorks 3D modeling capabilities. Based on common designs of consumer-oriented small wind turbines, a brush type mounting assembly model was developed, which included a generator box and tail section. Structure integrity was evaluated, both static and dynamic analyses were performed using FEM. Study also included strength margin assesment of the construction. The model can be printed on a 3D printer.

• ВВЕДЕНИЕ
• ГЛАВА 1. СОЗДАНИЕ ТР
• 1.1Концепция посадочного узла
• 1.2Стержень посадочного узла и модификация исходной с
• 1.3Опорная башня под посадочный узел.
• Рисунок 1.4 - Сегмент опорной башни
• В верхней части данного сегмента башне необходимо
• Рисунок 1.5 - Модифицированный сегмент опорной баш
• Рисунок 1.6 - Модифицированный сегмент опорной баш
• Посадив узел на полученную модифицированную опорну
• Рисунок 1.7 - Генератор насаженный на опорную башн
• Рисунок 1.8 - Генератор насаженный на опорную башн
• 1.4Крышка генератора.
• Рисунок 1.9 - Носовая часть крышки(вид спереди)
• Рисунок 1.10 - Носовая часть крышки(вид сбоку)
• Рисунок 1.11 - Носовая часть крышки(вид сверху)
• Далее смоделировано продолжение носовой части(рису
• Рисунок 1.12 - Носовая часть с продолжением(вид сб
• Рисунок 1.13 - Вырез продолжения носовой части в п
• Задняя часть крышки ветрогенератора, сохраняя общ
• Крепёжная система задней крышки включает двенадцат
• Рисунок 1.14 - Задняя часть крышки(вид сзади)
• Рисунок 1.15 - Задняя часть крышки(вид сзади)
• Разработанная конструкция защитной крышки ветроге
• Подобная крышка демонстрирует следующие преимущест
• 1)Технологичность изготовления за счёт блочной конст
• 2)Совместимость с существующей сборкой генератора
• 3)Защиту внутренних компонентов от погодных воздейст
• 4)Возможность простого обслуживания и замены отдельн
• Рисунок 1.16 - Сборка крышки вместе с генератором
• 1.5Хвостовая часть.
• Хвостовая часть играет важную роль в конструкции
• В результате проведённого анализа было принято реш
• Первый модуль(рисунок 1.17) представляет собой пер
• Рисунок 1.17 - Переходная часть хвост(вид сбоку)
• Второй модуль(рисунок 1.19) содержит непосредствен
• Рисунок 1.18 - Переходная часть хвоста в креплении
• Рисунок 1.19 - Хвостовик(вид сбоку)
• При нужде, например, для балансировки лопастей раз
• Рисунок 1.20 - Хвостовик в креплении с переходной
• 1.6Заключение к главе 1.
• Рисунок 1.20 - Итоговая модель в сборке
• Рисунок 1.22 - Итоговая модель в сборке(вид сбоку)
• Разработанная 3D-модель готова к переходу на следу
• Рисунок 1.22 - Итоговая модель в сборке в разрезе
• ГЛАВА 2. РАСЧЁТ СМОДЕЛИРОВАННОЙ КОНСТРУКЦИИ ПРИ РА
• 2.1 Перенос модели в ANSYS
  • Рисунок 2.1 - Перенесённая в ANSYS модель
• 2.2 Построение сетки
  • В рамках проведения конечно-элементного анализа в
  • Для расчётов выбраны линейные тетраэдрические элем
  • Проведённый анализ подтвердил, что автоматически
  • Тип элементов
  • Линейные тетраэдр Tet4
  • Количество элементов сетки
  • 120067
  • Количество узлов сетки
  • 239340
  • Размер элементов
  • 10 мм
  • Таблица 2.1 - Параметры сетки
  • Рисунок 2.2 - Сетка
• 2.3 Метод конечных элементов
  • Метод конечных элементов (МКЭ) представляет собой
  • Основу метода составляет дискретизация расчетной о
  • Функции формы линейного тетраэдра описываются урав
  • где A, B, C, D - коэффициенты, определяемые коорди
  • Перемещения внутри элемента выражаются через узлов
  • (2.2)
  • Вектор узловых перемещений для тетраэдра имеет вид
  • (2.3)
  • Математическая основа метода базируется на принцип
  • где: Λ - энергия деформации, Дж; W - работа внешни
  • Дифференциал потенциальной энергии выражается как:
  • При этом изменение энергии деформации определяется
  • где: {e} - вектор деформаций, м; {σ} - вектор напр
  • Для практической реализации метода в ANSYS Workben
  • 1.Формирование глобальной матрицы жесткости системы
  • 2.Учет граничных условий и приложенных нагрузок
  • 3.Решение системы уравнений равновесия
  • 4.Определение напряжений и деформаций в каждом элеме
  • Проведённые расчёты методом конечных элементов поз
  • Достоверность полученных результатов обеспечиваетс
  • Применение метода конечных элементов в сочетании с
• 2.4 Статический расчёт под давлением ветра
  • Проведён статический анализ напряженно-деформирова
  • где: ρ = 1,225 кг/м3 - плотность воздуха при станд
  • Результаты расчёта(рисунки 2.3-2.4) показали следу
  • На рисунках деформации и напряжения намеренно преу
  • Рисунок 2.3 - Напряжения под ветром
  • Деформационные параметры:
  • Максимальное перемещение составило 0,052591 мм. Ср
  • Напряжённое состояние:
  • Пиковое напряжение достигло 18,456 МПа. Средний ур
  • Рисунок 2.4 - Деформации под ветром
  • Особое внимание уделено анализу запаса прочности S
  • (2.8)
  • Полученное значение коэффициента запаса прочности
  • Достаточной несущей способности конструкции
  • Отсутствии риска хрупкого разрушения
  • Соответствии требованиям безопасной эксплуатации
  • Критическая оценка полученных результатов включает
  • Графическая визуализация данных, где деформации н
  • На основании проведённого анализа можно сделать сл
• 2.5 Расчёт температурного расширения.
  • Рисунок 2.5 - Напряжения при температурном расшире
  • Рисунок 2.6 - Деформации при температурном расшире
  • Рисунок 2.7 - Деформации при температурном расшире
• 2.6 Динамический расчёт свободных частот.
  • Проведено исследование свободных частот вращающихс
  • Частота вращения редуктора(Гц)
  • Свободная частота(Гц)
  • 0,017
  • 16,345
  • 0,083
  • 16,402
  • 0,170
  • 27,750
  • 0,250
  • 28,842
  • 0,330
  • 66,641
  • 1
  • 74,601
  • 1,667
  • 95,153
  • Таблица 2.2 - Свободные частоты
  • Результаты модального анализа выявили следующие со
  • Ключевые выводы этого исследования:
  • Конструкция обладает достаточной динамической усто
  • Отсутствие резонансных явлений подтверждено для вс
  • Полученные результаты обосновывают надежность рабо
  • Рисунок 2.8 - Деформации в хвосте
  • Распределение амплитуд колебаний по компонентам ко
• 2.7 Заключение к главе 2.
  • Проведённые расчёты в ANSYS Workbench позволили вс
  • Статический расчёт при ветровой нагрузке показал,
  • Полученные результаты демонстрируют, что разработа
  • ЗАКЛЮЧЕНИЕ
  • СПИСОК ИСПОЛЬЗОВАННЫХ ИСТОЧНИКОВ