風阻能發電裝置葉片的動力學仿真

摘要：風阻能發電裝置是利用物體移動過程中產生的風阻能轉化為機械能，帶動發電機發電，使無效的燈組能得到了利用，維克高速移動的物體開辟了能源利用的新方法。本文是借助ADAMS動力學分析軟件來模擬葉片的工作情況，先通過SW進行建模，然后導入ADAMS。通過綜合研究的能效。獲得風阻能發電的一般規律，為進一步綜合開發利用風阻裝置打下基礎。

關鍵字：風阻能；SOILWORKS;仿真；葉片

1 前言

???在太陽的照射下，各個地方的空氣因受熱不均勻而發生流動，便產生了風，風能實際上就是空氣的動能，是一種取之不竭的能源。風能發電的發展在世界工業史上的發展歷程是很短暫的，但是他的發展速度是很迅速的，技術上的進步不能不讓人嘆服，有人算過只需地面風力的1%，就可以滿足全球發電的需要，風能是一種清潔無公害的可再生能源，這樣一個巨大的電力資源寶庫也是當今世界技術發展的潮流和趨勢。

????任何物體在行駛中由于空氣阻力的作用，圍繞著物體重心同時產生縱向、側向、垂直等三個方向的空氣動力量，其中縱向空氣力量是最大的空氣阻力，約占80%，如果將此阻力加以利用僵尸一場新的新的能源革命 ，本文研究的是在高速風況下，通過葉片三位實體建模，虛擬仿真反映出風阻能發電的一般規律。采用SOILDWORKS建模，ADAMS仿真，大大節約了涉及費用和設計周期，省去了現場風洞實驗并能很好地輸出葉片的各種工作性能，研究結果可以應用于車輛的電力輸入系統，從而達到車輛節油的目的，意義重大，研究方法和解釋的規律具有一般性，可以推廣應用于各種車輛，具有良好的經濟型和廣泛的社會意義。

2 葉片的建模 ?

2.1葉片零件建模

SW是常用的三維軟件繪制工具，第一步實現零件圖的繪制。我把整個葉片系統分為兩個部分，第一部分是其他零件，第二部分是葉片。如下圖：? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ? ?

?????????????????????????圖一 左邊是其他零件，右邊是葉片

2.2 SW建立葉片的裝配模型

???打開SW建模軟件，菜單欄中選擇文件，選擇新建文件，點擊新建裝配體，進入裝配體頁面，在工具欄中選擇加入零部件，將零部件導入裝配體頁面中，按照約束類型進行配合。如下圖：

圖二 葉片裝配圖

3 仿真模型的實現?

通過ADAMS/processing模塊的處理，在葉片上加上旋轉副，設置驅動進行仿真處理。如下圖：

圖三 葉片仿真圖

由于機械系統動力學自動分析軟件ADAMS重點是在力學分析上，在建模方面還是有很多不足，尤其是一些復雜機械系統零、部件的三維建模很難實現，所以很有必要利用SW軟件建模來解決這個問題，同時需要合適的接口程序來完成,可以實現簡單的仿真。

當轉換模型調入ADAMS/View后就可以充分利用系統自身的建模工具，添加幾何模型、復雜約束、施加載荷、函數和子過程等復雜模型特性，再通過運動學和動力學進行仿真分析，從而逼真地再現虛擬樣機的仿真模型，利用參數設計進而實現優化。同時還可以利用ADAMS/View的主工具箱后處理工具或在Review菜單下選post processing進入ADAMS/PostProcessor進行仿真結果回放和分析曲線繪制，處理好后就可以存貯為模型數據庫文件(.bin)。

首先在向ADAMS轉化模型時會丟失一些信息，比如軸線丟失、實體失真等，因此在MECH/Pro環境下就將以后需要的標記(Markers)和簡單約束定義好。其次，葉片與其基座的連接我們用了轉動副約束，在基座的重心點施加了一個移動副約束。第三，葉片運動過程中,所受空氣阻力的方向總是與葉片質心速度方向相反，而葉片質心速度方向總是隨時間而變化。因此我們采用了STEP函數來模擬空氣阻力。

本文通過SW建立實體模型，并導入了ADAMS 軟件，對以上建立的葉片虛擬樣機系統進行仿真分析。動態仿真取5秒。從仿真運行中可以看出，它們的特征點、質心位置、轉動慣量等要素均可以在模型上體現出來，不影響運動學和動力學分析的準確性。

4 仿真分析

仿真結束后，調用ADAMS后處理模塊對數據進行處理。通過對葉片轉速、轉加速度及受力三項仿真結果。

圖四 葉片轉速圖

圖五 葉片轉加速度圖

圖六 葉片轉動副受力圖

Step函數模擬空氣阻力：

STEP(time,0,0,1,200)+STEP(time,1,0,2,-120)+STEP(time,2,0,3,80)+STEP(time,3,0,4,-30)+STEP(time,4,0,5,-30)

由以上曲線圖和曲線統計ADAMS/PostProcessor的分析得到:葉片在不到一秒的時候開始啟動，達到一定速度時葉片的速度保持一定，這是因為葉片定槳距失速調節的原因。從圖中可以看出葉片開始轉動的加速度比較大，隨著時間增長加速度趨于穩定。從仿真結果可以得到每一時刻的受力大小，并能計算出每一時刻的轉矩。這為下一步選擇發電機做了充足的數據儲備。

5 結論

通過SW建立實體模型，并導入了ADAMS 軟件，獲得了葉片不同速度下的轉速、轉加速度變化曲線及其連接副受力曲線。分析結果表明，設計的葉片符合性能要求。并說明運用樣機技術，能夠很方便的獲得葉片在整個運行過程中的運動學和動力學性能，以及各種受力情況，從而獲得風阻能發電的一般規律，為進一步綜合開發利用風阻能裝置打下基礎。

6 收獲總結

在接觸并學習了機械系統動力學這門課后我對力學又有了新的概念，對這個領域有了新的認識，在本次論文報告中我再一次熟悉使用了SW軟件，并且認識和使用了動力學運動分析軟件ADAMS，從外部導入SW模型時，缺失了很多元素，例如質心，質心坐標，零件材料等，轉動副的添加，驅動的設置，在設置驅動時需要添加STEP函數進行風阻模擬，函數值的設置影響了曲線的變化，在進行幾組數據的測試后得到了本論文想要驗證的結論。

總結

以上是生活随笔為你收集整理的风阻能发电装置叶片的动力学仿真的全部內容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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