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风力机叶片是风力发电机的重要组成部分之一。随着风力机的大型化,叶片尺度不断增大,大型风力机在阵风和暴风环境下运行时,会出现结构振动、变形等不稳定现象,影响正常工作。本文以某型1.65MW水平轴风力机叶片为研究对象,采用ANSYS和CFX弱耦合的方式对不同环境下的叶片进行流固耦合数值模拟,旨在研究叶片在气动载荷和结构体相互作用下的受力和稳定特性。论文的主要工作如下:(1)建立了风力机叶片的几何外形和有限元模型。在此模型基础上,模拟静力测试试验,进行模态分析,通过与实验数据对比,证明了模型的有效性,较好的模拟了叶片的真实结构。(2)提出用CFX和ANSYS求解的流固耦合方案,通过方柱薄板绕流振动算例计算与实验结果相比较,验证该耦合方法的可靠性。采用此耦合方法研究了风力机叶片在恒定风速工况下的受力和稳定性特性,并与未耦合条件下的计算结果进行了对比。结果表明,叶片在耦合作用下表面压力差沿展向逐渐增大,在与结构体的耦合作用下导致叶片振动、变形,振动形式符合模态分析结果。(3)对阵风和暴风复杂环境下的叶片进行了稳定性分析。建立了周期性极端阵风和随机阵风的数学模型。采用ANSYS/CFX流固耦合方法数值研究了三种复杂风速环境(即周期性极端阵风、随机阵风和暴风)下的风力机叶片受力和稳定性,分析了叶片的振动过程。通过这三种工况的对比研究,发现叶片的振动形式以一阶挥舞形式为主,叶片的位移沿展向逐渐增大且叶尖附近变化最为显著。叶片表面的应力主要集中在叶展中部位置,为叶片的安全性考虑,此处结构的强度应加强。