II垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)和風(fēng)載仿真分析案例目錄TOC\o"1-3"\h\u9061垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)和風(fēng)載仿真分析案例 1287141.1虛擬樣機(jī)技術(shù)軟件介紹 1146711.2虛擬樣機(jī)模型導(dǎo)入 247241.3驅(qū)動(dòng)力及約束關(guān)系添加 3246971.4紅燈籠風(fēng)機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析 4175331.4.1輪轂質(zhì)心運(yùn)動(dòng)分析 5242941.4.2風(fēng)輪運(yùn)動(dòng)分析 7272021.4.3FFT變換 81.1虛擬樣機(jī)技術(shù)軟件介紹ADAMS軟件是美國(guó)機(jī)械動(dòng)力公司(AutomaticDynamicAnalysisofMechanicalSystems)(現(xiàn)已被美國(guó)MSCSoftwareCorporation公司收購(gòu))開(kāi)發(fā)的虛擬樣機(jī)分析軟件，多體動(dòng)力學(xué)仿真軟件配備Fortran和C++數(shù)值求解器。之前的課業(yè)都是繪圖編程類(lèi)的工作，我沒(méi)有經(jīng)驗(yàn)進(jìn)行仿真過(guò)。此次對(duì)于ADAMS學(xué)習(xí)使得我對(duì)于深入研究一個(gè)項(xiàng)目有了個(gè)更進(jìn)一層次的理解。想要完成一個(gè)科學(xué)項(xiàng)目，無(wú)論大小、無(wú)論至關(guān)重要還是微乎其微，不僅要有一腔熱情和努力，一次次不怕失敗鍥而不舍的嘗試是必不可少的，同時(shí)還要有嚴(yán)謹(jǐn)認(rèn)真的作風(fēng)，別看這些機(jī)器很大卻不能差一分一毫。想要最終結(jié)果達(dá)到預(yù)期就要一次次的模擬，逼真的模型、仿真的環(huán)境、一樣的實(shí)驗(yàn)條件，才能實(shí)現(xiàn)早日成功的可能。ADAMS軟件給了這個(gè)機(jī)會(huì)，與現(xiàn)實(shí)最相近，同時(shí)輸出我們想要的數(shù)據(jù)并做成曲線方便觀察。Adams虛擬樣機(jī)操作流程如圖6.1所示：圖6.1Adams虛擬樣機(jī)設(shè)計(jì)流程1.2虛擬樣機(jī)模型導(dǎo)入紅燈籠垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)運(yùn)動(dòng)仿真模型導(dǎo)入Adams軟件的過(guò)程如下：利用Solidworks軟件刪除無(wú)關(guān)緊要、對(duì)仿真過(guò)程無(wú)影響的零件，例如標(biāo)準(zhǔn)件螺栓、螺母，將紅燈籠風(fēng)力機(jī)的模型另存為中間格式（Parasolidx_t），保存路徑文件夾命名為全英文，零件命名為全英文，否則無(wú)法成功導(dǎo)入Adams軟件中；打開(kāi)AdamsView創(chuàng)建新的模型命名全英文（例如fenglifadianji_1），單擊文件選擇導(dǎo)入，讀取文件找到紅燈籠風(fēng)力機(jī)模型中間格式（Parasolidx_t），選取模型名稱(chēng)（fenglifadianji_1），點(diǎn)擊應(yīng)用成功導(dǎo)入。調(diào)節(jié)工作柵格X和Y軸方向的大小和間隔（間隔50mm,X軸大小750mm,Y軸大小500mm），更改重力方向，方向?yàn)樗躕軸的反向；顯示實(shí)體模型，對(duì)葉片、壓板、輪轂、發(fā)電機(jī)、軸承、法蘭、塔架進(jìn)行布爾求和操作，建立兩組布爾簡(jiǎn)化模型；在旋轉(zhuǎn)軸的質(zhì)心位置添加旋轉(zhuǎn)副，施加定義約束，給塔架和大地添加固定副；給旋轉(zhuǎn)副添加驅(qū)動(dòng)，設(shè)置驅(qū)動(dòng)大小，；紅燈籠風(fēng)力發(fā)電機(jī)虛擬樣子模型如圖6.2所示：圖6.2Adams紅燈籠風(fēng)力發(fā)電機(jī)虛擬樣機(jī)模型1.3驅(qū)動(dòng)力及約束關(guān)系添加通過(guò)分析紅燈籠發(fā)電機(jī)的運(yùn)動(dòng)原理可知，原動(dòng)件數(shù)量為1，故自由度也為1。原動(dòng)件為紅燈籠葉片，故必須給其他零件添加約束來(lái)限制自由度，可以應(yīng)用Adams軟件來(lái)實(shí)現(xiàn)約束。例如添加固定副到塔架上使其與地面連接變成機(jī)架。一臺(tái)紅燈籠風(fēng)力發(fā)電機(jī)雖然是由許多螺栓和法蘭底座相互連接為一整體，但是可以通過(guò)布爾和操作（聯(lián)合兩個(gè)不相交的物體）將所有風(fēng)翼、風(fēng)輪壓板、風(fēng)輪輪轂融合在一起，當(dāng)作一個(gè)構(gòu)件，又通過(guò)布爾和操作（合并兩個(gè)相交的實(shí)體）將發(fā)電機(jī)、法蘭底座、塔架融合在一起，當(dāng)作一個(gè)構(gòu)件，以及通過(guò)添加實(shí)體顏色區(qū)分不同材料的部件（為五支葉片添加紅色，風(fēng)輪壓板和風(fēng)輪輪轂添加灰色，發(fā)電機(jī)、法蘭底座、塔架添加默認(rèn)白色）。葉片、風(fēng)輪壓板、風(fēng)輪輪轂為同向運(yùn)動(dòng)，當(dāng)作一構(gòu)件，此構(gòu)件與發(fā)電機(jī)傳動(dòng)軸之間是旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，所以采用旋轉(zhuǎn)副連接兩者。紅燈籠風(fēng)機(jī)的塔架與地面或其他場(chǎng)合連接，因此在Adams中添加固定副連接塔架和大地。利用Adams軟件模擬紅燈籠風(fēng)機(jī)的運(yùn)動(dòng)仿真過(guò)程，紅燈籠葉片圍繞軸質(zhì)心CM做加速度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，那么在完成限制自由度和運(yùn)動(dòng)副后必須定義旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)，驅(qū)動(dòng)風(fēng)葉旋轉(zhuǎn)，驅(qū)動(dòng)設(shè)置界面類(lèi)型選擇速度,大小為（28.26d*time），旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)具體參數(shù)設(shè)置如圖6.3所示：圖6.3旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)參數(shù)設(shè)置1.4紅燈籠風(fēng)機(jī)運(yùn)動(dòng)學(xué)分析通過(guò)利用運(yùn)動(dòng)學(xué)仿真軟件ADAMS對(duì)傳動(dòng)機(jī)構(gòu)的運(yùn)動(dòng)特性進(jìn)行仿真分析。已知風(fēng)機(jī)模擬運(yùn)動(dòng)仿真需要的變量，風(fēng)機(jī)初始速度為0m/s,由2.2知，風(fēng)輪啟動(dòng)風(fēng)速為2m/s，額定風(fēng)速12m/s，由3.2知，風(fēng)力發(fā)電機(jī)的額定轉(zhuǎn)速為600r/min，因此風(fēng)機(jī)做加速度旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，速度由初始速度提升至發(fā)電機(jī)發(fā)電的額定轉(zhuǎn)速。1.4.1輪轂質(zhì)心運(yùn)動(dòng)分析首先打開(kāi)運(yùn)行交互仿真窗口設(shè)置變量，模擬真實(shí)的發(fā)電運(yùn)動(dòng)過(guò)程。發(fā)電機(jī)初始速度為0m/s,若要達(dá)到發(fā)電機(jī)發(fā)電的額定轉(zhuǎn)速，則設(shè)定仿真時(shí)間10秒，步數(shù)為1000。AdamsSimulationControl設(shè)置如圖6.4所示：圖6.4運(yùn)動(dòng)仿真設(shè)置運(yùn)行仿真動(dòng)畫(huà)。單擊Animation項(xiàng)，顯示仿真對(duì)話框，單擊運(yùn)行仿真按鈕，系統(tǒng)開(kāi)始運(yùn)行仿真。系統(tǒng)運(yùn)行到4.49秒時(shí)的仿真動(dòng)畫(huà)如圖6.5所示：圖6.5仿真動(dòng)畫(huà)界面根據(jù)后處理運(yùn)算顯示，得到風(fēng)輪輪轂質(zhì)心的位移、速度、加速度和角加速度曲線。如下圖所示：圖6.6風(fēng)輪輪轂質(zhì)心合位移曲線圖6.7風(fēng)輪輪轂質(zhì)心Y軸方向的速度曲線圖6.8風(fēng)輪輪轂質(zhì)心Z軸方向的速度曲 線圖6.9風(fēng)輪輪轂質(zhì)心Y軸方向的加速度曲線圖6.10風(fēng)輪輪轂質(zhì)心Z軸方向的加速度曲線圖6.11風(fēng)輪輪轂質(zhì)心合加速度曲線1.4.2風(fēng)輪運(yùn)動(dòng)分析通過(guò)Adams運(yùn)動(dòng)學(xué)分析，旋轉(zhuǎn)驅(qū)動(dòng)帶動(dòng)發(fā)電機(jī)傳動(dòng)軸的角速度曲線。圖6.13風(fēng)輪X軸方向的角速度曲線圖6.13風(fēng)輪Y軸方向的角速度曲線圖6.14風(fēng)輪Z軸方向的角速度曲線圖6.15風(fēng)輪合角速度曲線1.4.3FFT變換應(yīng)用Adams對(duì)加速度曲線進(jìn)行FFT和FFT3D變換。單擊菜單繪圖，選擇FFT對(duì)話框，如圖所示。在FFT對(duì)話框中進(jìn)行參數(shù)設(shè)置，再單