行了研究。等开展了不同类型玻璃纤维增强复合材料在海水及空气中的疲劳性能实验。等基于流管模型和应变寿命模型分析作用在潮流能水轮机叶片上的水动力载荷并从材料角度对叶片的疲劳寿命进行了研究。国内针对叶片疲劳问题的研究主要集中在风力机领用有限元法分析叶片的应力与应变，将静力学仿真的有限元模型作为疲劳分析模型，应用疲劳分析软件分析叶片的应力疲劳特性。以浮潜式潮流能水平轴水轮机叶片为例，分析叶片的疲劳损伤疲劳寿命及危险节点，结果表明叶片满足寿命要求，为潮流能水轮机叶片设计及疲劳特性分析提供参考。关键词变幅载荷时域分析有限元水能机械潮流能水平轴水轮机疲劳特性潮流能清洁无污染且储探究潮流能水平轴水轮机工作中对叶片应力疲劳特性的影响水能机械论文模型如图所示。图叶片几何模型载荷谱生成基于叶素动量理论，参考叶尖与叶根损失修正模型，根据不同的流速变化，编写相应的计算程序，计算并输出叶片轴向力载荷与扭矩载荷的时间历程数据。通过模拟时序载荷，可以减少实测过程中的不便。程序以流速与时间为输入参数，读取叶片翼型及水轮机参数，提取中间变量叶片截面与旋转中心距离，叶片截面扭角坐标上近似为直线，如式所示。公式式中常数常数，般在左右为材料静强度，单位为试验应力水平，单位为应力水平下的循环数。探究潮流能水平轴水轮机工作中对叶片应力疲劳特性的影响水能机械论文。表水轮机整体参数英国南安普顿大学的学者通过分析不同系列翼型的升阻比特性，结果表明系列翼型的升阻比较高，件产生的疲劳损伤互不影响且相互叠加，当所有应力产生的损伤累积到定程度时，结构或构件发生疲劳失效。在不同的线性疲劳累积损伤理论中，线性累积损伤理论应用最为广泛。不同流速下，水动力载荷随时间变化的计算结果如图所示。在模拟载荷产生时，并未考虑突变载荷的影响。图计算流程图图不同流速下轴向力及扭矩数据图不叶片转到与地面垂直，叶尖朝下即离心力与重力方向致时，叶片所受转动产生的离心力和自身重力的合力最大。叶尖叶根损失修正叶素理论是将绕水轮机的维流动简化为互不干扰的维流动，并未考虑到叶尖与叶根损失。等对叶尖处的流动进行了研究，引入叶尖损失修正系数叶根部分，受轮毂阻水效果影响，半径方向的维流动也比较明显，叶根部分的流动损到的轴向力和转矩等于单位时间内通过叶轮的流体动量和角动量的变化量。对于叶轮上个半径为宽度为的微元，其受到的轴向力和转矩可表示为公式公式沿叶片展长方向，对叶片上的微元进行积分，可得作用在单个叶片上的轴向力和转矩分别为公式公式切向力系数与轴向力系数表达如下公式图疲劳特性分析流程图公式式中，为水流相对叶素的入流角，单位度。，单位度。重力载荷随着叶轮的转动，作用在叶片上重力的分力发生变化，给叶片带来变幅载荷。重力可简化为公式式中为叶片质量，单位为重力加速度。惯性力载荷作用在叶片上的惯性力载荷即离心力引起的载荷，离心力主要由叶轮角速度径向位臵和叶片的单元质量决定。叶片根部的离心力为公式式中为叶片质心到叶片转动中心的距离，单位为叶片旋转的角速度，安全寿命设计要求叶片在定的使用期限内不发生疲劳破坏，主要借助于疲劳损伤理论对叶片的疲劳寿命进行估算。其中，线性累积损伤理论认为在交变荷载作用下，结构或构件产生的疲劳损伤互不影响且相互叠加，当所有应力产生的损伤累积到定程度时，结构或构件发生疲劳失效。在不同的线性疲劳累积损伤理论中，线性累积损伤理论应用最为广泛。根据动量定近似为直线，如式所示。公式式中常数常数，般在左右为材料静强度，单位为试验应力水平，单位为应力水平下的循环数。叶片转到与地面垂直，叶尖朝下即离心力与重力方向致时，叶片所受转动产生的离心力和自身重力的合力最大。叶尖叶根损失修正叶素理论是将绕水轮机的维流动简化为互不干扰的维流动，并未考虑到叶尖与探究潮流能水平轴水轮机工作中对叶片应力疲劳特性的影响水能机械论文重力载荷随着叶轮的转动，作用在叶片上重力的分力发生变化，给叶片带来变幅载荷。重力可简化为公式式中为叶片质量，单位为重力加速度。惯性力载荷作用在叶片上的惯性力载荷即离心力引起的载荷，离心力主要由叶轮角速度径向位臵和叶片的单元质量决定。叶片根部的离心力为公式式中为叶片质心到叶片转动中心的距离，单位为叶片旋转的角速度，单位有限元模型，在软件材料数据库中添加材料，设定材料物理参数以及材料的疲劳特性曲线。将惯性力和重力载荷加入模型，然后根据自编程序生成的水动力载荷，加入比例因子以产生工作应力时间历程，同时考虑叶片材料的力学性能参数，进行静力分析得到叶片的应力及应变。将叶片有限元结果导入到疲劳分析软件中，加载载荷谱及材料数据，进行疲劳特性分析。根据动量定理，叶轮受，叶片截面扭角等数据，计算并输出轴向力与扭矩载荷随时间变化的历程结果，计算流程图如图所示。探究潮流能水平轴水轮机工作中对叶片应力疲劳特性的影响水能机械论文。不同流速下，水动力载荷随时间变化的计算结果如图所示。在模拟载荷产生时，并未考虑突变载荷的影响。图计算流程图图不同流速下轴向力及扭矩数据图不同流速下轴位。探究潮流能水平轴水轮机工作中对叶片应力疲劳特性的影响水能机械论文。疲劳分析流程对潮流能水平轴水轮机叶片进行疲劳分析主要包含以下几个步骤材料疲劳性能参数设定疲劳分析和疲劳结果评估，水轮机疲劳寿命分析流程如图所示，。具体过程如下将叶片几何数据导入到维建模软件中，构建叶片维模型。将叶片维模型导入软件中，建立理，叶轮受到的轴向力和转矩等于单位时间内通过叶轮的流体动量和角动量的变化量。对于叶轮上个半径为宽度为的微元，其受到的轴向力和转矩可表示为公式公式沿叶片展长方向，对叶片上的微元进行积分，可得作用在单个叶片上的轴向力和转矩分别为公式公式切向力系数与轴向力系数表达如下公式图疲劳特性分析流程图公式式中，为水流相对叶素的入流角根损失。等对叶尖处的流动进行了研究，引入叶尖损失修正系数叶根部分，受轮毂阻水效果影响，半径方向的维流动也比较明显，叶根部分的流动损失也不易忽略，因此引入叶根损失修正系数叶尖与叶根损失系数表达式如下公式公式式中为轮毂半径。叶尖叶根损失总修正系数为公式疲劳分析方法与流程疲劳损伤累积理论潮流能水轮机叶片的向力及扭矩数据叶片材料选择玻璃钢材料具有耐腐蚀性能好缺口敏感性低内阻尼大抗震性能好的特点，是制作潮流能水轮机叶片的理想材料。因此，潮流能水轮机的叶片选择玻璃钢材料，参照风力机叶片的有关结构设计，设臵蒙皮厚度为，内部支撑结构为。玻璃钢材料参数如表所示，材料的物理性质与参考文献保持致。表玻璃钢材料参数玻璃钢材料的疲劳曲线在坐标上探究潮流能水平轴水轮机工作中对叶片应力疲劳特性的影响水能机械论文结构，叶片几何模型如图所示。图叶片几何模型载荷谱生成基于叶素动量理论，参考叶尖与叶根损失修正模型，根据不同的流速变化，编写相应的计算程序，计算并输出叶片轴向力载荷与扭矩载荷的时间历程数据。通过模拟时序载荷，可以减少实测过程中的不便。程序以流速与时间为输入参数，读取叶片翼型及水轮机参数，提取中间变量叶片截面与旋转中心距离域。石可重等采用不同的加载方式探究环境温度湿度等因素对风力机疲劳特性的影响。李德源等对风力机叶片的疲劳性能及破坏准则等进行了探究，运用线性累积损伤法则近似预估叶片寿命。陈严等运用雨流计数法进行统计，通过分析风力机叶片疲劳寿命。表水轮机整体参数英国南安普顿大学的学者通过分析不同系列翼型的升阻比特性，结果表明系列翼型丰富，其开发利用越来越受到国内外学者的重视，潮流能水平轴水轮机是应用最为广泛的种潮流能捕获装臵。叶片是潮流能水轮机直接承受水动力的部件，其结构强度及稳定性对水轮机组的可靠性起着至关重要的作用。水轮机组在变幅载荷作用下容易导致叶片产生疲劳破坏，对水轮机组正常运行的可靠性和使用寿命产生重要影响。叶片疲劳损伤与应力应变有着密切关系，因此，本文开展了潮等数据，计算并输出轴向力与扭矩载荷随时间变化的历程结果，计算流程图如图所示。摘要潮流能水平轴水轮机在工作过程中受到变幅载荷的作用，会对水轮机叶片的疲劳特性产生重要影响。采用全寿命应力疲劳的时域分析方法研究变幅载荷下潮流能水轮机叶片的应力疲劳特性。基于叶素动量理论，分析叶片所受载荷类型，通过自编程序生成随机变幅载荷的时间序列，运动力学性能较好。因此本文以作为叶片的设计翼型。叶片截面数据如表所示，其中表示叶片截面与旋转中心距离，表示扭角，表示弦长。表叶片截面数据根据叶片的弦长与扭角沿叶片不同截面的分布数据，通过坐标变换矩阵将翼型维数据转换成叶片各截面的维空间坐标数据，在中建立叶片实体模型，对实体进行抽壳，添加腹板式支撑结构，叶片几何同流速下轴向力及扭矩数据叶片材料选择玻璃钢材料具有耐腐蚀性能好缺口敏感性低内阻尼大抗震性能好的特点，是制作潮流能水轮机叶片的理想材料。因此，潮流能水轮机的叶片选择玻璃钢材料，参照风力机叶片的有关结构设计，设臵蒙皮厚度为，内部支撑结构为。玻璃钢材料参数如表所示，材料的物理性质与参考文献保持致。表玻璃钢材料参数玻璃钢材料的疲劳曲线在损失也不易忽略，因此引入叶根损失修正系数叶尖与叶根损失系数表达式如下公式公式式中为轮毂半径。叶尖叶根损失总修正系数为公式疲劳分析方法与流程疲劳损伤累积理论潮流能水轮机叶片的安全寿命设计要求叶片在定的使用期限内不发生疲劳破坏，主要借助于疲劳损伤理论对叶片的疲劳寿命进行估算。其中，线性累积损伤理论认为在交变荷载作用下，结构或构