豎軸風(fēng)機(jī)變角機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)【含CAD圖紙、說明書】
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壓縮包內(nèi)含有CAD圖紙和說明書,咨詢Q 197216396 或 11970985摘 要新興市場(chǎng)的風(fēng)電能源產(chǎn)業(yè)發(fā)展迅速，在國家政策的支持和能源供應(yīng)緊張的背景下，中國的風(fēng)電能源產(chǎn)業(yè)特別是風(fēng)電設(shè)備制造業(yè)迅速崛起，已成為全球風(fēng)電產(chǎn)業(yè)發(fā)展最為活躍的地區(qū)。2006年，全球風(fēng)電發(fā)展所用的資金中有9%投向了中國，總額高達(dá)16.2億歐元。2007年，中國風(fēng)電裝機(jī)容量已排名世界第五。截止到2012年，中國風(fēng)電裝機(jī)容量達(dá)到42287MW，躍居世界第一。而從2015年中國風(fēng)能協(xié)會(huì)公布的數(shù)據(jù)來看，我國新增風(fēng)電裝機(jī)容量已達(dá)30.5吉瓦，達(dá)到峰值。2016年的發(fā)展趨勢(shì)將趨于平穩(wěn)，不再將重點(diǎn)放在數(shù)量，而是轉(zhuǎn)向質(zhì)量的提升。與水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)相比，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)具有著成本低，結(jié)構(gòu)簡(jiǎn)單，無噪聲，無需對(duì)風(fēng)，啟動(dòng)風(fēng)速低等諸多優(yōu)點(diǎn)。因此，在目前的經(jīng)濟(jì)市場(chǎng)上，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)更受歡迎，應(yīng)用前景也更加廣闊。本課題針對(duì)市場(chǎng)現(xiàn)有的垂直軸風(fēng)機(jī)葉片特有機(jī)構(gòu)進(jìn)行改良，以做到在不影響葉片自身轉(zhuǎn)動(dòng)的同時(shí)，保護(hù)葉片，并達(dá)到提高利用率的目的。關(guān)鍵詞：風(fēng)力發(fā)電，垂直軸風(fēng)機(jī)，翼型件壓縮包內(nèi)含有CAD圖紙和說明書,咨詢Q 197216396 或 11970985AbstractThe present invention concerns a wind turbine having a plurality of vertically extending airfoils forming a rotating carousel rotating about a central axis thereof.The airfoils pivot about their leading edges to adjust the pitch angle thereof to maximize energy harvest when the airfoils are rotating both in an upwind direction and a down wind direction .This pivoting movement results from trailing edges of the airfoils being pivot-ally secured to rigid spokes or cables of a trailing edge hub.An adjustment mechanism is pivot-ally mounted between a carousel hub and the trailing edge hub and is used to control the separation between a central axis of the trailing edge hub and the axis of rotation of the carousel as they co-rotate.As the carousel rotates,the offset distance between the two axes determines the maximum achievable pitch angle of each airfoil.The airfoils then continually cycle between a positive and negative value of the maximum pitch angle relative to its position around the carousel and relative to the existing wind direction in order to create maximum lift.A wind direction rudder is secured to the adjustment mechanism to provide for movement thereof resulting in movement of the trailing edge hub as wind direction changes so that the most desirable pitch angle of the airfoils relative to wind direction is maintained. Key words: wind energy,wind turbine,trailing edge hub.目 錄摘 要IIAbstractIII1 緒 論11.1風(fēng)能發(fā)展現(xiàn)狀11.2課題涉及領(lǐng)域11.3課題設(shè)計(jì)背景 22 垂直軸風(fēng)機(jī)各部件綜述32.1 垂直軸風(fēng)機(jī)翼型件32.2 垂直軸風(fēng)機(jī)螺桿電機(jī)機(jī)構(gòu)32.3 垂直軸風(fēng)機(jī)電子控制機(jī)構(gòu)43 垂直軸風(fēng)機(jī)葉片選擇53.1 風(fēng)機(jī)葉片數(shù)目及葉形53.2 垂直軸風(fēng)機(jī)發(fā)電效率54 設(shè)計(jì)圖詳述84.1 三維圖，俯視圖84.2 輪轂部分剖面圖、各狀態(tài)下翼型件位置示意圖94.3 電子控制示意圖 125 結(jié)論14參考文獻(xiàn)15致 謝16XIII壓縮包內(nèi)含有CAD圖紙和說明書,咨詢Q 197216396 或 119709851 緒 論本設(shè)計(jì)所涉及的是一個(gè)具有多個(gè)成型的旋轉(zhuǎn)圓盤傳送帶圍繞其中心軸線垂直延伸的翼型件的風(fēng)力發(fā)電機(jī)，簡(jiǎn)稱垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。設(shè)計(jì)的主要目的是建立一個(gè)垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)葉片的變偏角機(jī)構(gòu)，以保證在滿足葉片自身偏轉(zhuǎn)的要求同時(shí)控制旋轉(zhuǎn)角度防止葉片受損。同時(shí)風(fēng)力發(fā)電機(jī)的前緣翼件型樞軸在調(diào)整俯仰角時(shí)不管是在逆風(fēng)向還是順風(fēng)向上下旋轉(zhuǎn)時(shí)都能獲得最大化的能量1。這種旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)是由于翼型件后緣被可樞轉(zhuǎn)地固定到剛性的輻條或后沿輪轂的電纜所導(dǎo)致的。而整個(gè)系統(tǒng)內(nèi)的調(diào)整機(jī)構(gòu)則被可樞轉(zhuǎn)的安裝在圓盤傳送帶轂和后緣輪轂之間，并用來控制后緣輪轂的中心軸和共同旋轉(zhuǎn)的圓盤傳送帶的旋轉(zhuǎn)軸線之間的距離。隨著轉(zhuǎn)盤的轉(zhuǎn)動(dòng)，中心軸與旋轉(zhuǎn)軸之間的偏移距離決定了每個(gè)翼型的最大可實(shí)現(xiàn)槳距角2。之后，翼型件繼續(xù)根據(jù)其周圍的轉(zhuǎn)盤位置的最大槳距角的正負(fù)值以及所受風(fēng)向的循環(huán)影響來制造最大的升力。為了使得翼型件相對(duì)于風(fēng)向的最大可實(shí)現(xiàn)槳距角保持不變，風(fēng)向舵就需要被固定在調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)，只有它們移動(dòng)，才能保證后緣輪轂在風(fēng)向變化時(shí)產(chǎn)生運(yùn)動(dòng).1.1風(fēng)力發(fā)電發(fā)展現(xiàn)狀2002年，中國率先開始了新型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)的研究，由部隊(duì)通訊部牽頭，上海某公司為研發(fā)主體，西安電子科技大學(xué)，西安交大，同濟(jì)大學(xué)，復(fù)旦大學(xué)等高校的多位專家配合，在短短一年時(shí)間里就產(chǎn)生了首臺(tái)新型垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。并在不到5年的時(shí)間里將功率擴(kuò)展至200W-100KW，處于世界領(lǐng)先地位。按照我國“十二五”規(guī)劃目標(biāo)，預(yù)計(jì)到2015年風(fēng)力發(fā)電機(jī)容量將達(dá)到1*KW，年發(fā)電量1900*KW.h3。GWEC和Greenpeace預(yù)測(cè)，今后20年風(fēng)力發(fā)電將成為世界主力電源，2030年裝機(jī)容量有可能達(dá)28 *KW，可供應(yīng)世界電力需求的22%。1.2課題涉及領(lǐng)域本課題所涉及的是一種風(fēng)能能量產(chǎn)生裝置，主要是縱軸翼型風(fēng)力發(fā)電裝置。1.3課題設(shè)計(jì)背景風(fēng)力發(fā)電機(jī)在風(fēng)能能量產(chǎn)生裝置中屬于非常重要的一大類。根據(jù)其旋轉(zhuǎn)軸可分為兩個(gè)類別。一種是垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)：一般是圍繞一條垂直軸線具有多個(gè)翼型件（葉片）：另一種是水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)：一般圍繞水平軸線具有翼型件（葉片）。總體而言，不論是垂直軸還是水平軸都有自己不同的優(yōu)缺點(diǎn)4。從目前來看，對(duì)于一個(gè)給定的風(fēng)力流動(dòng)，水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)提取電能的能力更加高效。例如，商用主流發(fā)電組就適合使用水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)。為了實(shí)現(xiàn)高效操作，水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)往往需要安裝在高塔上，并且它的葉片及其上面所產(chǎn)生的空氣障礙物會(huì)造成振蕩，阻礙其性能。同時(shí)，水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)通常只能有兩到三個(gè)處于遠(yuǎn)高于事故風(fēng)速的高速旋轉(zhuǎn)的螺旋槳，存在極大的不穩(wěn)定性。旋轉(zhuǎn)軸還通常耦合有發(fā)電機(jī)和齒輪箱，這兩樣物品也需要一起安裝到塔上，這就大大增加了安裝和后期維保的難度。水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)還存在的一個(gè)問題就是，它的螺旋槳為了能夠更有效地吸收席卷整個(gè)盤孔的大部分風(fēng)能，經(jīng)常是采用在風(fēng)吹過時(shí)能夠改變螺距的刀片作為葉片，并且只有當(dāng)感知到最小風(fēng)速的時(shí)候水平軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)才可以按要求發(fā)起供電協(xié)助以啟動(dòng)旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。相反的，垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)可以允許多個(gè)單片葉片在低風(fēng)速的時(shí)候進(jìn)行操作并且不要求必須要面對(duì)風(fēng)向時(shí)才可以進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，任何風(fēng)向都可以產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)。這種可以從任意風(fēng)向較低風(fēng)速立即啟動(dòng)工作的能力使得垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)非常適合小型低地面的設(shè)施，相較于水平軸風(fēng)機(jī)，節(jié)約了建造高塔架的成本，并降低了維修或更換各個(gè)發(fā)電機(jī)部件的難度。在平均風(fēng)速較低的地區(qū)，垂直軸風(fēng)機(jī)提供了一種可替換的低成本風(fēng)力發(fā)電的可能性。桶形的垂直軸風(fēng)機(jī)的葉片只有在其翼型件旋轉(zhuǎn)一半的時(shí)候和回轉(zhuǎn)期間與風(fēng)向相反做出運(yùn)動(dòng)時(shí)才能產(chǎn)生能量5。因此，這種類型的垂直軸風(fēng)機(jī)不能以比風(fēng)速大的速度進(jìn)行旋轉(zhuǎn)，這就嚴(yán)重的限制了它們獲取更大能量的能力。一個(gè)Darrieus（達(dá)里厄）式或稱為“打蛋器”式的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)是可以實(shí)現(xiàn)在兩個(gè)方向產(chǎn)生功率的，但事實(shí)卻是，它們經(jīng)常需要協(xié)助才能開始進(jìn)行旋轉(zhuǎn)。我們所要提到的第三種垂直軸風(fēng)機(jī)是被稱為Giromill型風(fēng)機(jī)，該種風(fēng)機(jī)是通過翼型件圍繞軸的完整旋轉(zhuǎn)來提供動(dòng)力。在這種類型中葉片通常會(huì)被設(shè)計(jì)成能夠提供足夠扭矩的形態(tài)，以保證發(fā)電機(jī)在0轉(zhuǎn)速時(shí)能夠做到自啟動(dòng)，但由于其固有的大量處于峰值的阻力的存在，速度也受到了限制。在某些翼型設(shè)計(jì)中方向可以在啟動(dòng)時(shí)被最大化，然后調(diào)節(jié)為高速運(yùn)轉(zhuǎn)。它也被作為循環(huán)或改變當(dāng)葉片旋轉(zhuǎn)時(shí)對(duì)風(fēng)向的角度來獲取風(fēng)能的一種途徑。然而，這其中存在這一個(gè)很重要的問題，即成本。該類風(fēng)機(jī)的復(fù)雜性導(dǎo)致了維修量的增加和發(fā)電效率的降低，成本大大增加。因此，對(duì)于翼型的調(diào)整在所難免。在實(shí)際的生產(chǎn)生活中，人們都希望可以創(chuàng)造出一種可以通過調(diào)整翼型來達(dá)到獲取風(fēng)能最大化的使用簡(jiǎn)單、成本低廉、操作可靠的垂直軸風(fēng)力發(fā)電機(jī)6。14 第2章 垂直軸風(fēng)機(jī)各部件綜述2 垂直軸風(fēng)機(jī)各部件綜述2.1 葉片框架三維立體圖2.1 垂直軸風(fēng)機(jī)翼型件本課題設(shè)計(jì)是屬于垂直軸類型發(fā)電機(jī)，是一種提供了可調(diào)節(jié)翼型方向的操作簡(jiǎn)化而結(jié)構(gòu)緊湊的機(jī)構(gòu)。這其中包含有多個(gè)垂直延伸的較厚前緣部分和輕薄的后緣部分，每個(gè)翼型和與其對(duì)稱的翼型都被固定在靠近底部前緣從下方中心輪轂伸展出的一條臂上。其頂端被地固定在相同的前緣從上端部中心輪轂延伸出來的一條臂上。中心垂直延伸的驅(qū)動(dòng)軸被固定在底部，并形成一個(gè)由上下輻條臂組成的旋轉(zhuǎn)型翼盤的頂部中心。中央驅(qū)動(dòng)軸的下端是一種基本的支撐結(jié)構(gòu)，是用于驅(qū)動(dòng)裝置的連接，例如，發(fā)電機(jī)，制冷壓縮機(jī)，流體泵等等7。翼型的后緣被固定在每個(gè)靠近后緣的翼型件頂端。而后緣的相對(duì)端則被固定在后緣角度調(diào)整轂上。后緣輪轂覆蓋在上部輻條臂上，其中的翼型件角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)固定在兩者之間。翼型件角度調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)包括有一個(gè)用于定位的沿螺紋載體旋轉(zhuǎn)的螺紋軸電操作螺絲機(jī)構(gòu)，一個(gè)通過后緣槳距角調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)調(diào)節(jié)和中心控制的中心輪轂，一個(gè)固定在調(diào)整軸上的風(fēng)力葉片或舵。2.2 垂直軸風(fēng)機(jī)螺桿電機(jī)機(jī)構(gòu)當(dāng)螺桿電機(jī)機(jī)構(gòu)處于零位置時(shí)，后緣傾斜角調(diào)整輪轂與兩線上下部前緣輪轂共同延伸出的軸線繞同一中心軸旋轉(zhuǎn)。這一部分設(shè)計(jì)是為了使得這個(gè)零件的翼型件線性延伸與切線平行于旋轉(zhuǎn)圓。此時(shí)翼型件具有零槳距角。當(dāng)螺桿電機(jī)機(jī)構(gòu)的操作由此中心軸以距離D分離并移動(dòng)到相對(duì)于上述中前緣傾斜角控制集線器及其相關(guān)聯(lián)的后緣輻條臂時(shí)，此次通過俯仰角相對(duì)于零位置切線位置的移動(dòng)導(dǎo)致了翼型件后緣的運(yùn)動(dòng)。如果前緣連接點(diǎn)的中心軸與輪輻臂之間的距離被定為C的話，則其所得到的傾斜角就具有最大值且最大值等于D/C的反正弦8。在操作中，我們也需要了解到調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)可以憑借安裝方法保持相對(duì)靜止，并可以與在特定時(shí)間所產(chǎn)生的風(fēng)向下保持相對(duì)靜止的舵進(jìn)行連接。同時(shí)也可以理解的是，由于后緣中心輻射結(jié)構(gòu)基本上是剛性的，翼型件之間隔開180，即，在彼此相對(duì)的兩側(cè)，將具有相反的角度。因此，在任意一個(gè)旋轉(zhuǎn)過程中，在旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)前半部分的翼型件將具有正值而后半部分翼型件將具有負(fù)值。角度用于描述在360翼型轉(zhuǎn)盤的旋轉(zhuǎn)過程中，以0為點(diǎn)直面風(fēng)向的弧旋轉(zhuǎn)的角度。處在0角的翼型具有最大的角，也就是說，當(dāng)翼型處于180角時(shí)，它的角度為負(fù)值。舵作為改變風(fēng)向的機(jī)構(gòu)，它將會(huì)相應(yīng)的移動(dòng)之前所講的調(diào)整機(jī)構(gòu)與翼型旋轉(zhuǎn)有關(guān)的后緣調(diào)節(jié)中樞。這種運(yùn)動(dòng)的目的是確保0角度位置能夠一直面對(duì)翼型件轉(zhuǎn)動(dòng)后緣輪轂的中心軸的偏心定位，使得翼型件可以在正負(fù)角之間來回?cái)[動(dòng)。從任意一項(xiàng)翼型件后緣部分的運(yùn)動(dòng)都可以看出在處于180角時(shí)該運(yùn)動(dòng)可表達(dá)為一個(gè)正余弦函數(shù)，其中角的值從角為0時(shí)的最高值逐漸減小到角為90時(shí)的最低值，則當(dāng)角為180時(shí)，角值達(dá)到最大負(fù)值，而當(dāng)角變?yōu)?70時(shí)，角度返回變?yōu)樽畲笾?。這整一個(gè)過程代表著完成了一個(gè)旋轉(zhuǎn)，最后回到角0的狀態(tài)。螺桿電機(jī)機(jī)構(gòu)可以被理解為用于調(diào)節(jié)后緣傾斜角調(diào)整轂與轉(zhuǎn)盤中心距離的一個(gè)機(jī)構(gòu)，同時(shí)還能用于調(diào)節(jié)角的大小。這種能力是設(shè)計(jì)本課題的最大性能的關(guān)鍵。當(dāng)啟動(dòng)螺桿電機(jī)機(jī)構(gòu)時(shí)，我們需要注意的是，一個(gè)正的大角度目的是產(chǎn)生空氣阻力，由此才有足夠的扭矩來對(duì)翼型件施加力產(chǎn)生旋轉(zhuǎn)運(yùn)動(dòng)，尤其是遇到低風(fēng)速狀態(tài)時(shí)。因此，一旦具有了足夠的轉(zhuǎn)速，角就可以進(jìn)行減小，以此來減少阻力增加轉(zhuǎn)速9。2.2螺桿電機(jī)機(jī)構(gòu) 2.3 垂直軸風(fēng)機(jī)電子控制機(jī)構(gòu)當(dāng)電子控制機(jī)構(gòu)被連接到螺桿電機(jī)機(jī)構(gòu)時(shí)，風(fēng)速和轉(zhuǎn)盤轉(zhuǎn)速將起到調(diào)整角度的作用。在電子控制和螺桿電機(jī)兩個(gè)機(jī)構(gòu)中，優(yōu)選方案所選用的電池都將會(huì)是具有可再充性能的電池儲(chǔ)備，例如太陽能電池。本課題設(shè)計(jì)完善了一部分現(xiàn)有技術(shù)的不足之處。比如，處于后緣調(diào)整轂和上部傳送帶或前緣輪轂之間的調(diào)整機(jī)構(gòu)就可以保護(hù)這些部件免受不利天氣條件影響。此外，舵與調(diào)整軸之間的特殊連接方法也提供了一個(gè)垂直而緊湊的機(jī)制，比普通機(jī)構(gòu)更加堅(jiān)固耐用。2.3電子控制示意圖 第3章 垂直軸風(fēng)機(jī)葉片選擇3垂直軸風(fēng)機(jī)葉片選擇3.1 風(fēng)機(jī)葉片數(shù)目及葉形3.1.1風(fēng)機(jī)葉片數(shù)目目前市場(chǎng)上大多數(shù)風(fēng)機(jī)葉片數(shù)目為24片，從簡(jiǎn)單的高中物理來分析的話，在不計(jì)摩擦的情況下，葉片的轉(zhuǎn)動(dòng)其實(shí)就是一個(gè)風(fēng)能轉(zhuǎn)化為動(dòng)能和勢(shì)能，然后再由勢(shì)能和動(dòng)能轉(zhuǎn)化為電能的過程。接下來就從不同數(shù)目來分析到底多少片最適合垂直軸風(fēng)機(jī)。兩葉式：風(fēng)力吹動(dòng)之后，葉片旋轉(zhuǎn)無法連續(xù)，在第一個(gè)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，第二個(gè)葉片無法及時(shí)跟著轉(zhuǎn)動(dòng)，會(huì)產(chǎn)生較大的阻力。導(dǎo)致風(fēng)機(jī)無法較好的轉(zhuǎn)動(dòng)，發(fā)電功率較低。三葉式：各葉片間夾角為120，在第一個(gè)葉片轉(zhuǎn)動(dòng)時(shí)，風(fēng)向與葉片垂直帶動(dòng)旋轉(zhuǎn)，此時(shí)作用最大；而當(dāng)風(fēng)向與葉片呈60角時(shí)，葉片運(yùn)動(dòng)方向與風(fēng)運(yùn)動(dòng)方向逐漸一致時(shí)，作用力逐漸減小。但隨著第一個(gè)葉片角度逐漸增大，第二個(gè)葉片也隨著角度變化逐步啟動(dòng)。以此類推，三個(gè)葉片互相帶動(dòng)10。四葉式：各葉片夾角為90，當(dāng)?shù)谝粋€(gè)葉片啟動(dòng)并呈90時(shí)，第二個(gè)葉片角度程為0。由于風(fēng)吹動(dòng)的不確定性，如果在第二個(gè)葉片啟動(dòng)之前產(chǎn)生風(fēng)力停滯，那么不僅不能產(chǎn)生電能，還會(huì)對(duì)裝置產(chǎn)生損耗。綜上所述，三葉式是風(fēng)能利用率最高的風(fēng)機(jī)種類。3.1.2 風(fēng)機(jī)葉片葉形本課題所設(shè)計(jì)的垂直軸風(fēng)機(jī)可以采用多種葉形，以下將對(duì)三種考慮到的葉形進(jìn)行分析，通過圖片直觀的來展示翼型的幾何形狀。1. 對(duì)稱翼型（優(yōu)選）：能夠提供良好的升降能力和相對(duì)較小的失速區(qū)域。2. 扁平翼型：可以使用但與對(duì)稱翼型相比不夠有效。3. 單面弧翼型：有效但造價(jià)昂貴且在運(yùn)轉(zhuǎn)過程中所受阻力更大。3.1.2葉形示意圖3.2 垂直軸風(fēng)機(jī)發(fā)電效率3.2.1風(fēng)機(jī)發(fā)電效率計(jì)算 風(fēng)機(jī)發(fā)電效率的計(jì)算公式： 1 風(fēng)機(jī)的輸入功率當(dāng)空氣流吹過風(fēng)輪掃面A時(shí)，其質(zhì)量流量為，每秒所攜帶的能量為：，其中為空氣密度，,通常因風(fēng)速較低而視為不可壓縮流體；v為風(fēng)速，m/s；A為旋轉(zhuǎn)直徑D與高度H的乘積11。2 風(fēng)機(jī)的輸出功率 風(fēng)能發(fā)電為間斷發(fā)電，實(shí)際應(yīng)用中一般將風(fēng)機(jī)所發(fā)的電存儲(chǔ)到蓄電池再使用，這個(gè)過程中必須經(jīng)過整流、濾波、升壓、穩(wěn)壓等過程，電能轉(zhuǎn)換效率進(jìn)一步下降。將該過程簡(jiǎn)化后可得公式為，其中R為負(fù)載的電阻值；U為負(fù)載兩端的電壓；I為流過負(fù)載的電流大??；為電壓與電流的功率因素角12。3.2發(fā)電機(jī)效率實(shí)驗(yàn) 第4章 設(shè)計(jì)圖詳述4 設(shè)計(jì)圖詳述4.1整體機(jī)構(gòu)分析圖 如圖4.1,4.2中所示垂直軸風(fēng)機(jī)由標(biāo)號(hào)指明。風(fēng)力機(jī)由多個(gè)具有前緣部位和后緣部位的垂直延伸翼型件組成。而翼型件的前緣部分則通過下端連接的延伸臂與中心樞軸相連。相對(duì)的，翼型件上端由另一延伸臂可轉(zhuǎn)動(dòng)地連接于中心輪轂的頂部。這部分細(xì)節(jié)可以在圖4.3中詳細(xì)觀察到，每個(gè)上端臂都有一個(gè)用于插入翼型件啟動(dòng)樞軸的孔，上端臂與翼型件延伸翼面之間還有一個(gè)用于連接的銷。除此之外，每個(gè)翼型件還有一個(gè)彈簧復(fù)位機(jī)構(gòu)，包含有一個(gè)連接上端臂和翼型件在銷左右延伸的彈簧。 圖4.1中，中心樞軸的驅(qū)動(dòng)軸由上下兩個(gè)樞紐固定并在中間形成一個(gè)翼型件旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)。中心樞軸的下端提供了通過皮帶和輪滑系統(tǒng)連接的驅(qū)動(dòng)裝置，（例如，發(fā)電機(jī)，制冷壓縮機(jī)，流體泵極其他類似物。）以及一個(gè)底部支撐結(jié)構(gòu)。當(dāng)然，這個(gè)驅(qū)動(dòng)裝置也可以直接連接到中心樞軸，與其中一個(gè)電樞或工作軸一起共同旋轉(zhuǎn)。 每個(gè)翼型件的后緣部分槳距角調(diào)整臂都固定在翼型件上端靠近后緣部分或者銷上而另一端則固定于后緣傾斜角調(diào)整中心轂。再次參考圖4.3長C由大銷與小銷之間沿平分線BL之間的距離決定。后緣傾斜角調(diào)整中心轂與上端臂輪轂由螺旋調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)定位。 4.1整體三維圖 4.2整體俯視圖4.3翼型件上端4.2部件剖視解析 在圖4.4中能詳細(xì)展示出后緣傾斜角調(diào)整中心轂限定的內(nèi)部容納區(qū)就是螺旋調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)所在的位置。具體位置則是被固定于分隔器轂盤的一個(gè)薄平板上方。分隔器轂盤則是被后緣傾斜角調(diào)整中心轂固定并一起旋轉(zhuǎn)。調(diào)整機(jī)構(gòu)包括了用于固定薄平板的旋轉(zhuǎn)螺紋軸以及用于定位的螺紋螺母載體和電操作驅(qū)動(dòng)電動(dòng)機(jī)。而后緣傾斜角調(diào)整中心轂則由一根小軸固定在載體上。圖4.4右半部分涉及到的另一個(gè)部分，則是整個(gè)機(jī)構(gòu)的舵。首先，舵的整體被一根臂連接到載體中向上延伸的那根小軸上。電子控制裝置是用于調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)的操作使用，同時(shí)該控制裝置由電池供能。電池是固定在薄平板上，并通過一根導(dǎo)線定位在舵，和通過固定在舵上的光伏太陽能電池充電。舵臂通過傳感器系統(tǒng)固定于電子控制裝置，傳感系統(tǒng)主要是使用無線傳輸?shù)姆绞絹硖峁┬D(zhuǎn)速度和負(fù)荷所需的信息。風(fēng)速計(jì)則同樣使用無線傳輸?shù)姆绞絹斫o控制裝置提供相關(guān)信息。 當(dāng)調(diào)整機(jī)構(gòu)是在一個(gè)零點(diǎn)位置時(shí)，中心軸周圍的后緣槳距角調(diào)整轂與兩個(gè)共線的上和下前緣臂轂的軸旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生的圓延伸出的線處于于同一軸線上。為了更好理解前一句話，可以參照?qǐng)D4.5理解，本設(shè)計(jì)在此被設(shè)計(jì)成處于零位置時(shí)翼型件的傾斜角為0的狀態(tài)，由翼型件線性延伸出的線條與線平行相切并據(jù)此限定圓的大小。 參照?qǐng)D4.4和圖4.6，操作螺絲調(diào)整機(jī)構(gòu)時(shí)可以使后緣槳距角調(diào)整中心轂和與其相關(guān)聯(lián)的后緣傾斜角調(diào)整臂，較高中心樞紐發(fā)生位置上的變化。其中，中心軸是以距離D相隔開的。翼型件旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)將導(dǎo)致繞中心軸旋轉(zhuǎn)的翼型件前緣部分的運(yùn)動(dòng)軌跡形成一個(gè)半徑為C1的圓，而翼型件后緣的運(yùn)動(dòng)軌跡則將形成一個(gè)半徑為C2的圓。可以理解的是，當(dāng)翼型件旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)旋轉(zhuǎn)時(shí)圓C1與圓C2發(fā)生偏移時(shí)將導(dǎo)致翼型件后緣部分跟隨旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)向內(nèi)向外的轉(zhuǎn)動(dòng)發(fā)生位置上的移動(dòng)并從而引發(fā)前緣部分的轉(zhuǎn)動(dòng)。 后緣部分的移動(dòng)可以用傾斜角表示，可以寫作，大小與L1和圓C1相切時(shí)的距離有關(guān)。角的最大值（）由現(xiàn)有的軸向間距D決定。在本設(shè)計(jì)中螺絲調(diào)整機(jī)構(gòu)可以提供一個(gè)很大范圍的角值范圍，優(yōu)選范圍是從正角90到負(fù)角6。因而，我們可以理解圖6中的指的是角達(dá)到一個(gè)相對(duì)特別的偏移距離時(shí)產(chǎn)生的角度值，如通過螺絲調(diào)整機(jī)構(gòu)達(dá)到最大值。旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)每完成一次完整的旋轉(zhuǎn)過程，翼型件都將旋轉(zhuǎn)360，用角表示翼型件旋轉(zhuǎn)角度。而圖6展現(xiàn)的就是角為零即零位置時(shí)翼型件的狀態(tài)，與圓C1半徑相交的點(diǎn)直面風(fēng)向，風(fēng)向由箭頭表示。 在操作中，螺絲調(diào)整機(jī)構(gòu)相對(duì)靜止的保持在后緣槳距角調(diào)整中心轂與較高的中心樞紐之間并與向上延伸軸連接，其位置安裝的關(guān)鍵在于特定時(shí)間的風(fēng)向。當(dāng)風(fēng)向出現(xiàn)變化時(shí)舵將帶動(dòng)螺絲調(diào)整機(jī)構(gòu)和后緣槳距角調(diào)整中心轂進(jìn)行移動(dòng)。這一移動(dòng)的目的是為了保證零角的位置能時(shí)刻面對(duì)風(fēng)。因此，當(dāng)翼型件角從0到90轉(zhuǎn)變時(shí)，角的值從最大值逐漸減小到零。隨著翼型件角再逐漸增大到180時(shí)，后緣部分將完全移動(dòng)到相反位置，此時(shí)角處于最大負(fù)值。當(dāng)角增加至270時(shí)，后緣部分產(chǎn)生的角度又逐漸從最大負(fù)值回復(fù)到零。一個(gè)完整旋轉(zhuǎn)過程結(jié)束角重新變?yōu)榱銜r(shí)，后緣部分角重新達(dá)到最大值。之后的旋轉(zhuǎn)過程中，角與角的值將不斷重復(fù)這一過程。翼型件旋轉(zhuǎn)過程中，后緣槳距角調(diào)整中心轂導(dǎo)致翼型件在正負(fù)角之間來回?fù)u擺。從任意一個(gè)翼型件的后緣部分我們都能看出，角度的變化所表示的是一個(gè)余弦波函數(shù)。其中角從角0時(shí)的最大值逐漸減小到角90時(shí)的0值，緊接著角180時(shí)角變?yōu)樨?fù)值，隨著角增大為270值也重回0，最后完成一個(gè)完整的旋轉(zhuǎn)過程的最后階段，角變?yōu)?，值再次達(dá)到最大峰值。翼型件后緣部分不斷交替位置的目的，是為了他們圍繞旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)順風(fēng)和逆風(fēng)的各半部分能夠?qū)崿F(xiàn)最大空氣動(dòng)力升力，從而取得現(xiàn)有風(fēng)能資源的最大功率。 圖4.7中可以看出，螺絲調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)改變了垂直中心軸和向上延伸軸的相對(duì)位置，在這其中用-D來表示，這是為了提供當(dāng)角度為0時(shí)產(chǎn)生一個(gè)負(fù)的角度值。在某些高速風(fēng)值的情況下會(huì)產(chǎn)生一些小的負(fù)角。圖4.8展示的是角為90時(shí)翼型件的狀態(tài)。略小于90的角可以確保后緣傾斜角調(diào)整臂能輕松并可靠地返回到一個(gè)較小的角，即，不超過90就可以使得翼型件不會(huì)處于相反得方向以避免與上端臂之間產(chǎn)生干擾。最大角使垂直中心軸與后緣傾斜角調(diào)整臂臂之間產(chǎn)生了一個(gè)特定距離表示為D，其函數(shù)及弦長C可見圖3。角最大值等于D/C的反正弦。在實(shí)例中，翼型件的長度為1.2米，二等分線（BL）長度為0.15米，弦長C為0.1米。螺絲調(diào)整機(jī)構(gòu)具有能將從零位置起算的正0.91米距離D轉(zhuǎn)變?yōu)樾∝?fù)值距離D的能力。負(fù)距離值D提供了與圖7相關(guān)的負(fù)6角狀態(tài)。翼型件前緣上的銷位置一般定在整個(gè)翼型件重心稍前的位置或是中心。這就提供了翼型件后緣部分向外定向運(yùn)動(dòng)的合適G載荷。因此，后緣部分上的銷最適宜放置的位置是二等分線（BL）靠近尾端的四分之一處，前緣部分的銷則應(yīng)放置在二等分線（BL）靠近前段的四分之一處。從圖可得，上端臂與后緣傾斜角調(diào)整臂都包含有電纜，棒，渠道庫存并通過這些來影響翼型件的定位與移動(dòng)。其中，使用G載荷的電纜對(duì)于保持拉緊狀態(tài)很有效果。圖3中的彈簧調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)是用來保證提供服務(wù)所需的壓力，同時(shí)為后緣部分提供正確位置。4.4中心輪轂剖視圖4.5零位置翼型件狀態(tài)4.6軸正偏移狀態(tài)4.7負(fù)角狀態(tài)4.8安全停止?fàn)顟B(tài)4.3 電子控制示意圖 參照?qǐng)D4.9可知，電子控制機(jī)構(gòu)1接收來自傳感器系統(tǒng)2的信息，傳感器信息包括轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)傳感器3以及負(fù)載傳感器4的輸入。電子控制機(jī)構(gòu)還從風(fēng)速傳感器5中接受信息，例如風(fēng)速計(jì)。所有信息的傳送都采用無線傳輸?shù)姆绞?。控制機(jī)構(gòu)通過螺絲調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)來調(diào)整偏移距離D和角度值?？刂茩C(jī)構(gòu)和調(diào)節(jié)機(jī)構(gòu)均由電池8供電，而電池則由太陽能板9管理?？刂茩C(jī)構(gòu)1和傳感系統(tǒng)2都用于制動(dòng)機(jī)構(gòu)7以控制旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的減緩或停止。 通過旋轉(zhuǎn)機(jī)構(gòu)的旋轉(zhuǎn)速度，當(dāng)前風(fēng)速，驅(qū)動(dòng)裝置上的負(fù)載等數(shù)據(jù)可以得出控制機(jī)構(gòu)的偏移距離D和角度。在具有零轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)速度和在其強(qiáng)度足以影響轉(zhuǎn)盤旋轉(zhuǎn)的風(fēng)啟動(dòng)時(shí)，控制機(jī)構(gòu)將產(chǎn)生比較大的角的信號(hào)，通常為45的量級(jí)。較大的角度可以產(chǎn)生足夠的升力引起轉(zhuǎn)動(dòng)。一旦旋轉(zhuǎn)開始進(jìn)行，控制機(jī)構(gòu)將發(fā)送信號(hào)給調(diào)整機(jī)構(gòu)，以減少偏移D。這就不難理解，較大的角為了開始旋轉(zhuǎn)產(chǎn)生了一個(gè)升力，但這是以產(chǎn)生一個(gè)較大比例氣動(dòng)阻力為代價(jià)的。這種阻力會(huì)限制為給定的風(fēng)速達(dá)到的最大傳送帶的轉(zhuǎn)速，從而降低角并將減少阻力，允許更快的旋轉(zhuǎn)和取得更多的風(fēng)能，提高利用率13。 有一個(gè)問題是困擾著所有風(fēng)力發(fā)電機(jī)的，那就是大風(fēng)條件下的速度問題。根據(jù)現(xiàn)有風(fēng)速來看，本設(shè)計(jì)翼型前緣部分或頂端部分的旋轉(zhuǎn)速度可高達(dá)10。因此，如果遇到一個(gè)風(fēng)速會(huì)導(dǎo)致過快轉(zhuǎn)動(dòng)或?qū)Ρ驹O(shè)計(jì)各部分造成過大壓力，控制機(jī)構(gòu)可以通過將驅(qū)動(dòng)裝置上的負(fù)荷減少和/或通過增加角度來達(dá)到增加阻力，減慢轉(zhuǎn)動(dòng)的效果14。如果這些方法都不足以維持低于設(shè)計(jì)安全極限轉(zhuǎn)速，制動(dòng)機(jī)構(gòu)就可以通過控制機(jī)構(gòu)或預(yù)防傳感器系統(tǒng)接合，特別是在非常高的風(fēng)速狀況下，其中渦輪機(jī)結(jié)構(gòu)的主要目標(biāo)不再是提取能量而是保證自身不受損壞，即圖8中出現(xiàn)的情況。在此種狀況下，在此角度的所有翼型件將基本上與風(fēng)平行的，不能提供升力，并因此，很少或基本沒有產(chǎn)生轉(zhuǎn)動(dòng)。4.9電子控制 第5章 結(jié)論 5 結(jié) 論近年來隨著清潔能源產(chǎn)業(yè)的大力發(fā)展，風(fēng)能的利用越來越受到關(guān)注。由于垂直軸風(fēng)機(jī)體積小，噪聲低，利用率高等種種優(yōu)點(diǎn)，使其在未來的能源發(fā)展過程中應(yīng)用前景十分開闊。本設(shè)計(jì)主要是針對(duì)市場(chǎng)上現(xiàn)存的垂直軸風(fēng)機(jī)進(jìn)行改善，在進(jìn)一步提升用能效率的同時(shí)，力求在保持垂直軸風(fēng)機(jī)葉片正常旋轉(zhuǎn)的基礎(chǔ)上，滿足葉片自身偏轉(zhuǎn)的要求，并保證偏轉(zhuǎn)角度，防止造成葉片損傷。從結(jié)構(gòu)等方面進(jìn)行設(shè)計(jì)改造，制造出新型垂直軸風(fēng)機(jī)。在對(duì)翼型件部分進(jìn)行改良后，本設(shè)計(jì)仍存在著種種不完善之處。例如，葉片偏轉(zhuǎn)角度控制等問題，且從設(shè)計(jì)到實(shí)物的生產(chǎn)中也會(huì)不可避免的遇到困難?？傮w而言，在成本幾乎不增長的情況下，本設(shè)計(jì)不僅提升了利用率，而且減少了葉片的損耗，在實(shí)際應(yīng)用中會(huì)取得更好的使用效果。 參考文獻(xiàn)參考文獻(xiàn)1 百度文庫2 美國通用電氣公司.多段式風(fēng)力渦輪機(jī)葉片和用于組裝該葉片的方法P.中國專利： 200810188672，2009-06-24.3 王承煦，張?jiān)?風(fēng)力發(fā)電M.北京：中國電力出版社，2002.4 廖明夫，R.Gasch，J.Twele.風(fēng)力發(fā)電技術(shù)M.西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社，2009.5 李俊峰等.中國風(fēng)電發(fā)展報(bào)告M.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2012.6 郭太英，黎發(fā)貴.從國外風(fēng)電發(fā)展探討我國風(fēng)電發(fā)展思路J.水電勘測(cè)設(shè)計(jì)，20067 黃繼雄.風(fēng)力機(jī)專用新翼型及其氣動(dòng)特性研究:D.汕頭大學(xué)，20018 唐進(jìn).提高風(fēng)力機(jī)翼型氣動(dòng)性能的研究:D.清華大學(xué)，20049 包耳，邵曉榮，劉德庸.風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計(jì)的新方法J.機(jī)械設(shè)計(jì)，2005,22(2)：24-2610 張石強(qiáng).風(fēng)力發(fā)電機(jī)專用翼型及葉片關(guān)鍵設(shè)計(jì)理論研究D.重慶：重慶大學(xué)，201011 吳偉斌，改善垂直軸風(fēng)機(jī)效率的葉片轉(zhuǎn)動(dòng)慣量實(shí)驗(yàn)研究。華南農(nóng)業(yè)大學(xué)，2013,3412 劉桂霞，垂直軸風(fēng)機(jī)的參數(shù)優(yōu)化設(shè)計(jì)。河北建筑工程學(xué)院，201013 J.Selwin.Rajadurai,T.Christopher,G.Thanigaiyarasu3B-Nageswara Rao.Finite element analysis with an improved failure criterion for composite wind turbine blades J.Forschung im Ingenieurwesen，2008，72(4): 193-207.14 M.Grujicic，G.Arakere，E.Subramanian，V.Sellappan，A.Vallejo， M.Ozen.Structural-Response Analysis,Fatigue-Life Prediction,and Material Selection for 1MWHorizontal-Axis wind-Turbine BladesJ.Materials Engineering and Performance, 2010,19(6):790-801.15 致謝致 謝本次畢業(yè)設(shè)計(jì)感謝我的導(dǎo)師姜?jiǎng)爬蠋煂?duì)我的細(xì)心指導(dǎo)，在他的指導(dǎo)下我順利完成了畢業(yè)設(shè)計(jì)及論文。從畢業(yè)設(shè)計(jì)選題初期到最終的論文設(shè)計(jì)完成，多虧了姜老師給予我無限的包容與理解，我才能解決各種難題，完成最終的設(shè)計(jì)。另外，姜老師擁有嚴(yán)謹(jǐn)?shù)目茖W(xué)態(tài)度，在畢業(yè)設(shè)計(jì)過程中對(duì)我們嚴(yán)格要求，同時(shí)也在我遇到困難感到壓力時(shí)及時(shí)排憂解惑，對(duì)于問題更是有獨(dú)到的見解和處理方式，所有這些都讓我受益匪淺。感謝校領(lǐng)導(dǎo)和學(xué)院的其他老師，感謝我的母校金陵科技學(xué)院，在這里四年的校園生活將成為我以后生活中的美好回憶，本文參考了大量的文獻(xiàn)資料，感謝各位學(xué)術(shù)界的前輩們16畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書設(shè)計(jì)（論文）題目：豎軸風(fēng)機(jī)變角機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專 業(yè)： 所在學(xué)院： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 20xx年 2月 27日任務(wù)書填寫要求1畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）任務(wù)書由指導(dǎo)教師根據(jù)各課題的具體情況填寫，經(jīng)學(xué)生所在專業(yè)的負(fù)責(zé)人審查、系（院）領(lǐng)導(dǎo)簽字后生效。此任務(wù)書應(yīng)在畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）開始前一周內(nèi)填好并發(fā)給學(xué)生。2任務(wù)書內(nèi)容必須用黑墨水筆工整書寫，不得涂改或潦草書寫；或者按教務(wù)處統(tǒng)一設(shè)計(jì)的電子文檔標(biāo)準(zhǔn)格式（可從教務(wù)處網(wǎng)頁上下載）打印，要求正文小4號(hào)宋體，1.5倍行距，禁止打印在其它紙上剪貼。3任務(wù)書內(nèi)填寫的內(nèi)容，必須和學(xué)生畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）完成的情況相一致，若有變更，應(yīng)當(dāng)經(jīng)過所在專業(yè)及系（院）主管領(lǐng)導(dǎo)審批后方可重新填寫。4任務(wù)書內(nèi)有關(guān)“學(xué)院”、“專業(yè)”等名稱的填寫，應(yīng)寫中文全稱，不能寫數(shù)字代碼。學(xué)生的“學(xué)號(hào)”要寫全號(hào)，不能只寫最后2位或1位數(shù)字。 5任務(wù)書內(nèi)“主要參考文獻(xiàn)”的填寫，應(yīng)按照金陵科技學(xué)院本科畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）撰寫規(guī)范的要求書寫。6有關(guān)年月日等日期的填寫，應(yīng)當(dāng)按照國標(biāo)GB/T 740894數(shù)據(jù)元和交換格式、信息交換、日期和時(shí)間表示法規(guī)定的要求，一律用阿拉伯?dāng)?shù)字書寫。如“2002年4月2日”或“2002-04-02”。畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書1本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題應(yīng)達(dá)到的目的： 本課題屬于教師自主命題，來源于工程實(shí)踐。目的：1、通過本課題的設(shè)計(jì)研究，考察學(xué)生四年來在校所學(xué)的專業(yè)知識(shí)水平及運(yùn)用專業(yè)知識(shí)解決設(shè)計(jì)項(xiàng)目的創(chuàng)新能力；2、通過本課題的研究使學(xué)生系統(tǒng)的熟悉機(jī)械設(shè)計(jì)分析及掌握相關(guān)的設(shè)計(jì)手法。 3、通過本課題使學(xué)生熟練掌握制圖方法、規(guī)范設(shè)計(jì)圖紙畫法以及提高使用設(shè)計(jì)軟件解決應(yīng)用問題的能力。 2本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題任務(wù)的內(nèi)容和要求（包括原始數(shù)據(jù)、技術(shù)要求、工作要求等）： 內(nèi)容：本課題為垂直軸風(fēng)機(jī)葉片變偏角機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，本設(shè)計(jì)力求在保證風(fēng)機(jī)旋的基礎(chǔ)上，同時(shí)滿足葉片自身的轉(zhuǎn)動(dòng)，并控制葉片轉(zhuǎn)動(dòng)的角度，以免造成葉片損傷，從動(dòng)力裝置、保護(hù)措施、外形等方面打造變偏角機(jī)構(gòu)設(shè)計(jì)，創(chuàng)造出新型垂直軸風(fēng)機(jī)。本課題技術(shù)要求：1、創(chuàng)造性：設(shè)計(jì)應(yīng)為原創(chuàng)。設(shè)計(jì)作品應(yīng)具有較強(qiáng)的創(chuàng)新內(nèi)涵，注重設(shè)計(jì)思考與設(shè)計(jì)表達(dá)的統(tǒng)一。2、功能性：注重實(shí)用功能，在外形美觀的同時(shí)發(fā)揮實(shí)用功效。3、合理性：垂直走風(fēng)機(jī)葉片的設(shè)計(jì)要考慮葉片受力情況，并從這方面入手合理選擇材料及設(shè)計(jì)手法。 本課題研究的工作要求：1、前期準(zhǔn)備：查找國內(nèi)外垂直軸風(fēng)機(jī)實(shí)例，研究葉片部分結(jié)構(gòu)。2、查閱文獻(xiàn)資料：風(fēng)力發(fā)電、風(fēng)機(jī)翼型研究、材料力學(xué)等相關(guān)書籍資料和網(wǎng)站。完成設(shè)計(jì)方案，設(shè)計(jì)圖紙。 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書3對(duì)本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題成果的要求包括圖表、實(shí)物等硬件要求： 1、設(shè)計(jì)圖紙： 裝配圖，零號(hào)圖2、設(shè)計(jì)說明書。4主要參考文獻(xiàn)： 1王承煦，張?jiān)?風(fēng)力發(fā)電M.北京：中國電力出版社，2002.2廖明夫，R.Gasch，J.Twele.風(fēng)力發(fā)電技術(shù)M.西安:西北工業(yè)大學(xué)出版社，2009.3李俊峰等.中國風(fēng)電發(fā)展報(bào)告M.北京：中國環(huán)境科學(xué)出版社，2012.4郭太英，黎發(fā)貴.從國外風(fēng)電發(fā)展探討我國風(fēng)電發(fā)展思路J.水電勘測(cè)設(shè)計(jì)，2006.5黃繼雄.風(fēng)力機(jī)專用新翼型及其氣動(dòng)特性研究:D.汕頭大學(xué)，20016唐進(jìn).提高風(fēng)力機(jī)翼型氣動(dòng)性能的研究:D.清華大學(xué)，20047沈觀林，胡更開.復(fù)合材料力學(xué)M.北京：清華大學(xué)出版社，2006.8趙美英，陶梅貞.復(fù)合材料結(jié)構(gòu)力學(xué)與結(jié)構(gòu)設(shè)計(jì)M.西安：西北工業(yè)大學(xué)出版社，20079美國通用電氣公司.多段式風(fēng)力渦輪機(jī)葉片和用于組裝該葉片的方法P.中國專利:200810188672，2009-06-24.10張石強(qiáng).風(fēng)力機(jī)專用翼型及葉片關(guān)鍵設(shè)計(jì)理論研究D.重慶：重慶大學(xué)，2010.11劉雄，陳嚴(yán)，葉枝全.風(fēng)力機(jī)槳葉總體優(yōu)化設(shè)計(jì)的復(fù)合形法J.太陽能學(xué)報(bào)2001,22(2):157-161.12Tony Burtyon著，武鑫譯.風(fēng)能技術(shù)M.北京：科學(xué)技術(shù)出版社，200713包耳，邵曉榮，劉德庸.風(fēng)力機(jī)葉片設(shè)計(jì)的新方法J.機(jī)械設(shè)計(jì)，2005,22(2)：24-2614趙丹平.風(fēng)力發(fā)電機(jī)組葉片模型氣動(dòng)載荷研究D.內(nèi)蒙古農(nóng)業(yè)大學(xué)200915黃華.風(fēng)力機(jī)風(fēng)輪葉片設(shè)計(jì)計(jì)算方法研究D.西華大學(xué)200816J.Selwin Rajadurai,T.Christopher,G.Thanigaiyarasu3B-Nageswara Rao.Finiteelement analysis with an improved failure criterion for composite windturbine blades J.Forschung im Ingenieurwesen，2008，72(4): 193-207.17M.Grujicic，G.Arakere，E.Subramanian，V.Sellappan，A.Vallejo，M.Ozen.Structural-Response Analysis,Fatigue-Life Prediction,and Material Selection for 1MWHorizontal-Axis wind-Turbine BladesJ.Materials Engineering and Performance, 2010,19(6):790-801.18Jayantha A.Epaarachchi,Philip D. Clausen.The development of a fatigueloading spectrum for small wind turbine bladesJ Journal of wind engineeringand industrial aerodynamics，2006，94(4):207-223.19J.C.Marin,A.Barroso,F.Paris,J.Carias.Study of fatigue damage in wind tubineblades J . Engineering Failure Analysis,2009,16(2):656-666.20Changduk Kong，Taekhyun Kim,Dongju Han，Yoshihiko Sugiyama.Investigation of fatigue life for a medium scale composite wind turbine bladeJ Journal of Fatigue,2006,28(10):1382-1388.119畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）任 務(wù) 書5本畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題工作進(jìn)度計(jì)劃：20xx.12.16-20xx.1.10 領(lǐng)任務(wù)書、開題20xx.2.25-2.16.3.9 畢業(yè)實(shí)習(xí)調(diào)研，完成開題報(bào)告、中英文翻譯、論文大綱20xx.3.19-20xx.4.25 提交論文草稿，4月中旬中期檢查20xx.4.26-20xx.5.6 提交論文定稿20xx.5.6-20xx.5.13 準(zhǔn)備答辯20xx.5.13-20xx.5.26 答辯，成績?cè)u(píng)定，修改完成最終稿 所在專業(yè)審查意見：通過負(fù)責(zé)人： 年 月 日 畢 業(yè) 設(shè) 計(jì)（論 文）外 文 參 考 資 料 及 譯 文譯文題目： 材料力學(xué)的分析與設(shè)計(jì) 學(xué)生姓名： 學(xué) 號(hào)： 專 業(yè)： 所在學(xué)院： 指導(dǎo)教師： 職 稱： 20xx年 2月 27日說明：要求學(xué)生結(jié)合畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）課題參閱一篇以上的外文資料，并翻譯至少一萬印刷符（或譯出3千漢字）以上的譯文。譯文原則上要求打?。ㄈ缡謱?，一律用400字方格稿紙書寫），連同學(xué)校提供的統(tǒng)一封面及英文原文裝訂，于畢業(yè)設(shè)計(jì)（論文）工作開始后2周內(nèi)完成，作為成績考核的一部分。OBJECTIVESThe main objective of a basic mechanics course should be to develop in the engineering student the ability to analyze a given problem in a simple and logical manner and to apply to its solution a few fundamental and well-understood principles. This text is designed for the first course in mechanics of materialsor strength of materials offered to engineering students in the sophomore or junior year. The authors hope that it will help instructors achieve this goal in that particular course in the same way that their other texts may have helped them in statics and dynamics. GENERAL APPROACH In this text the study of the mechanics of materials is based on the understanding of a few basic concepts and on the use of simplified models. This approach makes it possible to develop all the necessary formulas in a rational and logical manner, and to clearly indicate theconditions under which they can be safely applied to the analysis and Designation nonfactual restructurings and machine components.Design Concepts Are Discussed Throughout the Text When-ever Appropriate. A discussion of the application of the factor of safety to design can be found in Chap. 1, where the concepts of both allowable stress design and load and resistance factor design are presented.A Careful Balance Between SI and U.S. Customary Units Is Consistently Maintained. Because it is essential that students be able to handle effectively both SI metric units and U.S. customary units, half the examples, sample problems, and problems to be assigned have been stated in SI units and half in U.S. customary units. Since a large number of problems are available, instructors can assign problems using each system of units in whatever proportion they find most desirable for their class.IntroductionThe main objective of the study of the mechanics of materials is to provide the future engineer with the means of analyzing and designing various machines and load-bearing structures.Both the analysis and the design of a given structure involve the determination of stresses and deformations. This first chapter is devoted to the concept of stress.Section 1.2 is devoted to a short review of the basic methods of statics and to their application to the determination of the forces in the members of a simple structure consisting of pin-connected members.Section 1.3 will introduce you to the concept of stress in a member of a structure, and you will be shown how that stress can be determined from the force in the member. After a short discussion of engineering analysis and design (Sec. 1.4), you will consider successively the normal stresses in a member under axial loading (Sec. 1.5), the shearing stresses caused by the application of equal and opposite transverse forces (Sec. 1.6), and the bearing stresses created by bolts and pins in the members they connect (Sec. 1.7). These various concepts will be applied in Sec. 1.8 to the determination of the stresses in the members1.2A SHORT REVIEW OF THE METHODS OF STATICSIn this section you will review the basic methods of statics while determining the forces in the members of a simple structure.Consider the structure shown in Fig. 1.1, which was designed to support a 30-kN load. It consists of a boom AB with a 30 3 50-mm rectangular cross section and of a rod BC with a 20-mm-diameter circular cross section. The boom and the rod are connected by a pin at B and are supported by pins and brackets at A and C, respectively. Our first step should be to draw a free-body diagram of the structure by detaching it from its supports at A and C, and showing the reactions that these supports exert on the structure (Fig. 1.2). Note that the sketch of the structure has been simplified by omitting all unnecessary details. Many of you may have recognized at this point that AB and BC are two-force members. For those of you who have not, we will pursue our analysis, ignoring that fact and assuming that the directions of the reactions at A and C are unknown. Each of these reactions, therefore, will be represented by two components, Ax and Ay at A, and Cx and Cy at C. We write the following three equilibrium equations:We have found two of the four unknowns, but cannot determine the other two from these equations, and no additional independent equation can be obtained from the free-body diagram of the structure. We must now dismember the structure. Considering the free-body diagram of the boom AB (Fig. 1.3), we write the following equilibrium equation:Substituting for Ay from (1.4) into (1.3), we obtain Cy=+30 kN. Expressing the results obtained for the reactions at A and C in vector form, we haveWe note that the reaction at A is directed along the axis of the boom AB and causes compression in that member. Observing that the components Cx and Cy of the reaction at C are, respectively, proportional to the horizontal and vertical components of the distance from B to C, we conclude that the reaction at C is equal to 50 kN, is directed along the axis of the rod BC, and causes tension in that memberThese results could have been anticipated by recognizing that AB and BC are two-force members, i.e., members that are subjected to forces at only two points, these points being A and B for member AB, and B and C for member BC. Indeed, for a two-force member the lines of action of the resultants of the forces acting at each of the two points are equal and opposite and pass through both points. Using this property, we could have obtained a simpler solution by considering the free-body diagram of pin B. The forces on pin B are the forces FAB and FBC exerted, respectively, by members AB and BC, and the 30-kN load (Fig. 1.4a). We can express that pin B is in equilibrium by drawing the corresponding force triangle (Fig. 1.4b).Since the force FBC is directed along member BC, its slope is the same as that of BC, namely, 3/4.We can, therefore, write the proportion:from which we obtain:The forces F9AB and F9BC exerted by pin B, respectively, on boom AB and rod BC are equal and opposite to FAB and FBC (Fig. 1.5).Knowing the forces at the ends of each of the members, we can now determine the internal forces in these members. Passing a section at some arbitrary point D of rod BC, we obtain two portions BD and CD (Fig. 1.6). Since 50-kN forces must be applied at D to both portions of the rod to keep them in equilibrium, we conclude that an internal force of 50 kN is produced in rod BC when a 30-kN load is applied at B. We further check from the directions of the forces Fbc and Fbc in Fig. 1.6 that the rod is in tension. A similar procedure would enable us to determine that the internal force in boom AB is 40 kN and that the boom is in compression.1.3 STRESSES IN THE MEMBERS OF A STRUCTUREWhile the results obtained in the preceding section represent a first and necessary step in the analysis of the given structure, they do not tell us whether the given load can be safely supported. Whether rod BC, for example, will break or not under this loading depends not only upon the value found for the internal force FBC, but also upon the cross-sectional area of the rod and the material of which the rod is made. Indeed, the internal force FBC actually represents the resultant of elementary forces distributed over the entire area A of the cross section (Fig. 1.7) and the average intensity of these distributed forces is equal to the force per unit area, FBCyA, in the section.Whether or not the rod will break under the given loading clearly depends upon the ability of the material to withstand the corresponding value FBCyA of the intensity of the distributed internal forces. It thus depends upon the force FBC, the cross-sectional area A, and the material of the rod.The force per unit area, or intensity of the forces distributed over a given section, is called the stress on that section and is denoted by the Greek letter s (sigma). The stress in a member of cross-sectional area A subjected to an axial load P (Fig. 1.8) is therefore obtained by dividing the magnitude P of the load by the area A:A positive sign will be used to indicate a tensile stress (member in tension) and a negative sign to indicate a compressive stress (member in compression).Since SI metric units are used in this discussion, with P expressed in newtons (N) and A in square meters (m2), the stress swill be expressed in N/m2. This unit is called a pascal (Pa). However, one finds that the pascal is an exceedingly small quantity and that, in practice, multiples of this unit must be used, namely, the kilopascal (kPa), the megapascal (MPa), and the gigapascal (GPa).We haveWhen U.S. customary units are used, the force P is usually expressed in pounds (lb) or kilo-pounds (kip), and the cross-sectional area A in square inches (in2). The stress s will then be expressed in pounds per square inch (psi) or kilo-pounds per square inch (ksi).1.4ANALYSIS AND DESIGNConsidering again the structure of Fig. 1.1, let us assume that rod BC is made of a steel with a maximum allowable stress all =165 MPa. Can rod BC safely support the load to which it will be subjected? The magnitude of the force FBC in the rod was found earlier to be 50 kN. Recalling that the diameter of the rod is 20 mm, we use Eq. (1.5) to determine the stress created in the rod by the given loading. We haveSince the value obtained for s is smaller than the value sall of the allowable stress in the steel used, we conclude that rod BC can safely support the load to which it will be subjected. To be complete, our analysis of the given structure should also include the determination of the compressive stress in boom AB, as well as an investigation of the stresses produced in the pins and their bearings. This will be discussed later in this chapter. We should also determine whether the deformations produced by the given loading are acceptable. The study of deformations under axial loads will be the subject of Chap. 2.An additional consideration required for members in compression involves the stability of the member, i.e., its ability to support a given load without experiencing a sudden change in configuration. This will be discussed in Chap. 10.The engineers role is not limited to the analysis of existing structures and machines subjected to given loading conditions. Of even greater importance to the engineer is the design of new structures and machines, that is, the selection of appropriate components to perform a given task. As an example of design, let us return to the structure of Fig. 1.1, and assume that aluminum with an allowable stress all= 5 100 MPa is to be used. Since the force in rod BC will still be P 5 FBC 5 50 kN under the given loading, we must have,from Eq. (1.5),We conclude that an aluminum rod 26 mm or more in diameter will be adequate.AXIAL LOADING; NORMAL STRESSAs we have already indicated, rod BC of the example considered in the preceding section is a two-force member and, therefore, the forces Fbc and Fbc acting on its ends B and C (Fig. 1.5) are directed along the axis of the rod. We say that the rod is under axial loading. An actual example of structural members under axial loading is provided by the members of the bridge truss shown in Photo 1.1.Returning to rod BC of Fig. 1.5, we recall that the section we passed through the rod to determine the internal force in the rod and the corresponding stress was perpendicular to the axis of the rod; the internal force was therefore normal to the plane of the sec-tion (Fig. 1.7) and the corresponding stress is described as a normal stress. Thus, formula (1.5) gives us the normal stress in a member under axial loading:We should also note that, in formula (1.5), s is obtained by dividing the magnitude P of the resultant of the internal forces distributed over the cross section by the area A of the cross section; it represents, therefore, the average value of the stress over the cross section, rather than the stress at a specific point of the cross section.To define the stress at a given point Q of the cross section, we should consider a small area DA (Fig. 1.9). Dividing the magnitude of DF by DA, we obtain the average value of the stress over DA. Letting DA approach zero, we obtain the stress at point Q:In general, the value obtained for the stress s at a given point Q of the section is different from the value of the average stress given by formula (1.5), and s is found to vary across the section. In a slender rod subjected to equal and opposite concentrated loads P and P9 (Fig. 1.10a), this variation is small in a section away from the points of application of the concentrated loads (Fig. 1.10c), but it is quite noticeable in the neighborhood of these points (Fig. 1.10b and d).But the conditions of equilibrium of each of the portions of rod shown in Fig. 1.10 require that this magnitude be equal to the mag-nitude P of the concentrated loads. We have, therefore,which means that the volume under each of the stress surfaces inFig. 1.10 must be equal to the magnitude P of the loads. This, however, is the only information that we can derive from our knowledge of statics, regarding the distribution of normal stresses in the various sections of the rod. The actual distribution of stresses in any given section is statically indeterminate. To learn more about this distribution, it is necessary to consider the deformations resulting from the particular mode of application of the loads at the ends of the rod.This will be discussed further in Chap. 2.In practice, it will be assumed that the distribution of normalstresses in an axially loaded member is uniform, except in the immediate vicinity of the points of application of the loads. The value of the stress is then equal to and can be obtained from formula(1.5). However, we should realize that, when we assume a uniform distribution of stresses in the section, i.e., when we assume that the internal forces are uniformly distributed across the section, it follows from elementary statics that the resultant P of the internal forces must be applied at the centroid C of the section (Fig. 1.11). This means that a uniform distribution of stress is possible only if the line of action of the concentrated loads P and P9 passes through the centroid of the section considered (Fig. 1.12). This type of loading is called centric loading and will be assumed to take place in all straight two-force members found in trusses and pin-connected structures, such as the one considered in Fig. 1.1. However, if a two-force member is loaded axially, but eccentrically as shown in Fig. 1.13a, we find from the conditions of equilibrium of the portion of member shown in Fig. 1.13b that the internal forces in a given section must be equivalent to a force P applied at the centroid of the section and a couple M of moment M 5 Pd. The distribution of forcesand, thus, the corresponding distribution of stressescannot be uniform. Nor can the distribution of stresses be symmetric as shown in Fig. 1.10. This point will be discussed in detail in Chap. 4. 材 料 力 學(xué)一個(gè)基本的力學(xué)課程的主要目的應(yīng)該是提供給工科學(xué)生發(fā)展到分析給定問題一個(gè)簡(jiǎn)單而合乎邏輯的方式，并應(yīng)用到其解決一些基本的和易于理解的原則的能力。本文是專業(yè)材料，是為大二或大三工科學(xué)生提供的材料 - 強(qiáng)度力學(xué)第一期課程。作者希望這將以同樣的方式幫助教師實(shí)現(xiàn)這個(gè)目標(biāo)，其他文章可以在靜態(tài)和動(dòng)態(tài)兩方面也能幫助他們。在這段文字材料中，力學(xué)的研究是基于幾個(gè)基本概念的理解和使用簡(jiǎn)化的模型。這種方法使得有可能開發(fā)出理性和合乎邏輯的方式的所有必要公式，在清楚地指示下，他們可以安全地施加到分析和指定非事實(shí)重組和機(jī)器部件的條件。設(shè)計(jì)概念在整個(gè)文本中只要是合理的位置都進(jìn)行了討論。安全設(shè)計(jì)的要素應(yīng)用的討論可以在11.2節(jié)找到。無論在哪里許用應(yīng)力設(shè)計(jì)載荷和阻力系數(shù)設(shè)計(jì)的概念介紹都可以找到。SI和美國習(xí)慣單位之間的謹(jǐn)慎平衡始終保持。 因?yàn)樗潜夭豢缮俚膶W(xué)生能夠有效地處理這兩種SI公制單位和美國慣用單位，有一半的例子說明，采樣的問題，和要分配在SI單位和一半的美國慣用單位已陳述的問題。由于大量的問題是可用的，教師可以以仍宜比例分配使用的，他們發(fā)現(xiàn)最希望為他們發(fā)現(xiàn)的類單元，每個(gè)單元的系統(tǒng)問題。材料力學(xué)的研究的主要目標(biāo)是提供一種具有分析和設(shè)計(jì)各種機(jī)器和承重結(jié)構(gòu)的裝置能力的未來工程師。既分析并設(shè)計(jì)一個(gè)給定結(jié)構(gòu)的涉及應(yīng)力和變形的測(cè)定。這第一章介紹應(yīng)力的概念。1.2節(jié)所專門介紹的是靜力學(xué)和他們?cè)谟珊?jiǎn)單結(jié)構(gòu)的成員力量的中心的基本方法連接方面的應(yīng)用。1.3節(jié)將向您介紹應(yīng)力的一個(gè)概念結(jié)構(gòu)的成員，你將看到壓力如何可以從該成員的力量來決定。在工程分析和設(shè)計(jì)（1.4節(jié)）的一個(gè)簡(jiǎn)短的討論后，你會(huì)陸續(xù)考慮成員在軸向載荷（1.5節(jié)）的正應(yīng)力，造成相等，方向相反的橫向力的應(yīng)用程序（1.6節(jié)）的剪切應(yīng)力，并通過螺栓和銷的成員的連接所創(chuàng)建的承載壓力（1.7節(jié)）。這些不同的概念將在1.8節(jié)中被應(yīng)用，并對(duì)應(yīng)力的成員進(jìn)行判斷。有關(guān)靜力學(xué)的簡(jiǎn)短評(píng)述在本節(jié)中，你將會(huì)學(xué)習(xí)到一種確定簡(jiǎn)單結(jié)構(gòu)各部分受力的基本靜力學(xué)方法?？紤]圖1.1所示的結(jié)構(gòu)，它被設(shè)計(jì)為可以支持30千牛的負(fù)荷的載體。它由一個(gè)用30* 50毫米矩形橫截面的懸臂AB和直徑20毫米的圓形橫截面的桿組成。起重臂和桿通過在B中的銷連接，并且通過銷和支架在A和C，分別支承。我們的第一個(gè)步驟應(yīng)該是從其在A和C支持之中分離，再將其表明這些支持在結(jié)構(gòu)（圖1.2）發(fā)揮反應(yīng)繪制結(jié)構(gòu)的自由體圖。需要注意的是該結(jié)構(gòu)的草圖已經(jīng)通過省略所有不必要的細(xì)節(jié)簡(jiǎn)化。很多人可能在這一點(diǎn)上已經(jīng)認(rèn)識(shí)到，AB和BC是兩個(gè)力的成員。對(duì)于那些你們沒有，我們將繼續(xù)我們的分析，忽略了這一事實(shí)，并假設(shè)在A和C反應(yīng)的方向是未知的。因此，這些反應(yīng)中的每一個(gè)都將由兩部分組成，Ax和Ay在A和Cx和Cy在C.我們寫以下三個(gè)平衡方程來表示我們已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了兩個(gè)的四個(gè)未知數(shù)，但并不能從這些方程中確定其它兩個(gè)，并且也不能從該結(jié)構(gòu)的自由體圖獲得額外的獨(dú)立方程。我們現(xiàn)在必須拆分結(jié)構(gòu)。考慮到桿AB（圖1.3），我們編寫以下平衡方程的自由體圖 將Ay從（1.4）代入到（1.3），我們可以得到Cy=+30千牛。將它表示為在A和C中的矢量形式的反應(yīng)所獲得的結(jié)果，我們有我們注意到，在A中的反應(yīng)是沿著吊桿AB的軸線定向并且使得壓縮該構(gòu)件。觀察該元件Cx和中C反應(yīng)Cy分別是，正比于從B到C的距離的水平和垂直分量，我們得出結(jié)論，在C反應(yīng)等于50千牛，沿軸線定向桿BC，并導(dǎo)致該成員的張力這些結(jié)果可能已經(jīng)通過識(shí)別AB和BC兩種力件，即，是在只有兩點(diǎn)承受力的成員，這些點(diǎn)是A和B構(gòu)件AB和B和C件BC的預(yù)期。的確，對(duì)于兩力構(gòu)件在每個(gè)兩分的作用的力的合力的作用線是相等且相反的并穿過兩個(gè)點(diǎn)。利用這個(gè)特性，我們可以考慮銷B的自由體圖上針B上的力量是FAB和FC施加的力，分別由成員AB和BC，以及30千牛負(fù)荷（獲得一個(gè)簡(jiǎn)單的解決方案圖1.4A）。我們可以表達(dá)該引腳B是平衡通過繪制相應(yīng)的力三角形（圖1.4B）。既然我們已知每個(gè)部件的端部的力，那么我們現(xiàn)在可以確定在這些部件的內(nèi)力。在上一章節(jié)桿BC是一些隨意點(diǎn)D傳遞一個(gè)的部分，我們因此得到兩個(gè)部分BD和CD（圖1.6）。因?yàn)?0千牛的力必須在D點(diǎn)被施加到桿來保持他們?cè)趦刹糠值钠胶猓覀兊贸鼋Y(jié)論，50千牛的內(nèi)力施加在桿時(shí)產(chǎn)生了一個(gè)30千牛的負(fù)荷，在B處施加時(shí)我們進(jìn)一步檢查從力Fbc和Fbc在圖1的方向入手。 1.6該桿在張力狀態(tài)。類似的程序?qū)⑹刮覀兡軌虼_定在桿AB內(nèi)部的力是40千牛，而且桿AB處于壓縮狀態(tài)。應(yīng)力結(jié)構(gòu)的成員當(dāng)在前面章節(jié)的內(nèi)容部分中所獲得的結(jié)果表示在給定結(jié)構(gòu)的分析的第一也是必要的步驟，即它們并沒有告訴我們是否給定的負(fù)載可以安全地支撐。例如棒BC，是否將打破或此載荷向下不向下不僅取決于找到的內(nèi)力Fbc，而且還取決于該桿的橫截面面積和的桿制成的材料中的值。事實(shí)上，內(nèi)力FBC實(shí)際上表示的是分布在該橫截面的整個(gè)面積A基本力的合力（圖1.7）和這些分布式力的平均強(qiáng)度等于在該部的每單位面積/FBCyA的力。無論桿是否將打破下給定負(fù)載顯然取決于材料的承受分布式內(nèi)力的強(qiáng)度對(duì)應(yīng)的值FBC的能力。因而它取決于力FBC，截面積A，和每單位面積，或分布在桿一個(gè)給定的部分上的力的強(qiáng)度。力的材料，被稱為在該部分中的應(yīng)力并由希臘字母S（西格瑪）表示。承受的軸向載荷P是由橫截面面積A的一個(gè)成員的應(yīng)力（圖1.8）除以面積A的負(fù)荷的值P因此得到的。正號(hào)被用來表示一個(gè)拉伸應(yīng)力（構(gòu)件在張力）而負(fù)號(hào)來表示壓縮應(yīng)力（構(gòu)件在壓縮）。SI公制單位將在該討論中使用，其中P在牛頓（N）和A的平方米（m2）表示，所述應(yīng)力將以牛頓/米(N/m2)來表示。這個(gè)單位被稱為帕斯卡（Pa）。然而，人們發(fā)現(xiàn)，帕斯卡是一個(gè)非常小的量，而且，在實(shí)踐中，必須使用本單位的倍數(shù)，即千帕（kPa）的時(shí)，兆帕，和吉帕斯卡量（GPa）。當(dāng)使用美國慣用單位，力P通常以磅（磅）或千磅（千磅），并以平方英寸（英寸2）的橫截面面積A來表示。應(yīng)力將以磅每平方英寸（psi）或千磅每平方英寸（ksi）的形式來表達(dá)。材料力學(xué)的應(yīng)用與設(shè)計(jì)再次考慮圖1.1的結(jié)構(gòu)，讓我們假定桿BC是由鐵制成的并且最大允許應(yīng)力=165兆帕。請(qǐng)問桿 BC桿是否可以安全地支持其將受到的負(fù)荷？之前發(fā)現(xiàn)的在桿FBC所受的力的大小是50千牛，以及桿的直徑為20毫米，我們使用公式（1.5），以確定由給定負(fù)載在桿產(chǎn)生的應(yīng)力。 因?yàn)閷?duì)于s獲得的值是大于所使用的鋼的允許應(yīng)力的s的小，我們的結(jié)論是桿可以安全地支持負(fù)載到其將要進(jìn)行的活動(dòng)。我們給定結(jié)構(gòu)的分析是完整的，也應(yīng)包括在桿AB壓應(yīng)力的中心，以及在銷和軸承產(chǎn)生的應(yīng)力調(diào)查。這將在本章的后面進(jìn)行討論。我們還應(yīng)該確定由給定的載荷所產(chǎn)生的變形是否是可接受的。變形的軸向載荷下的研究將是下章的主題。在受壓構(gòu)件需要額外考慮涉及構(gòu)件的穩(wěn)定性，即，它能夠支持一個(gè)給定的負(fù)荷沒有經(jīng)歷在結(jié)構(gòu)的突然變化的能力。這也將在下章討論。工程師的角色并不限于受給定的負(fù)荷條件現(xiàn)有結(jié)構(gòu)和機(jī)器的分析。對(duì)于工程師來說更重要的是新的結(jié)構(gòu)和機(jī)械的設(shè)計(jì)，也就是，相應(yīng)的組件的選擇，以完成執(zhí)行給定任務(wù)。作為設(shè)計(jì)的一個(gè)例子，讓我們回到圖1.1的結(jié)構(gòu)，并且假定該結(jié)構(gòu)是由鋁制成與許用應(yīng)力= 5100兆帕。因?yàn)闂Ubc所受的力仍然會(huì)為給定負(fù)載下p=Fbc=50千牛。我們得出結(jié)論，在由鋁制成的前提下桿的直徑只要26毫米或以上就足夠了。軸力；正應(yīng)力我們已經(jīng)指出，在上一節(jié)中考慮的示例的桿BC是一個(gè)兩力構(gòu)件，因此，該桿所受的力FBC和Fbc作用在其端部B和C（圖1.5）沿軸線定向。我們說的桿下的軸向載荷。在軸向載荷結(jié)構(gòu)件的實(shí)際例子是，照片1.1所示的橋架?；氐綀D1.5所展示的棒bc，我們記得，我們通過桿傳遞的部分，以確定在桿內(nèi)力和對(duì)應(yīng)的應(yīng)力是垂直于桿的軸線;內(nèi)力因此垂直于部分（圖1.7）的平面與相應(yīng)的應(yīng)力被描述為一個(gè)正常的應(yīng)力。因此，式（1.5）給我們下軸向載荷成員正應(yīng)力。我們還應(yīng)該注意的是，在式（1.5）中，s是通過將分布在由所述橫截面的面積A的橫截面的內(nèi)力的所得的值P得到的;因此，它代表應(yīng)力在橫截面的橫截面的特定點(diǎn)上的平均值，而不是壓力。在橫截面的給定的點(diǎn)Q定義應(yīng)力，我們應(yīng)該考慮的小區(qū)域DA（圖1.9）。一天劃分DF的大小，我們得到了強(qiáng)調(diào)DA的平均值。讓DA趨近于零，我們?cè)讷@得Q點(diǎn)的應(yīng)力。在一般情況下，在段的一個(gè)給定的點(diǎn)Q的應(yīng)力小號(hào)得到的值是從由通式（1.5）給出的平均應(yīng)力值不同，并且s是在整個(gè)部分而變化。在經(jīng)受相等且相反的集中載荷P和P9（圖1.10A）一細(xì)長桿，該變化是在一個(gè)部分從集中載荷（圖1.10c）分離開來的，但它明顯是在這點(diǎn)（圖1.10B和d）附近。這意味著，在根據(jù)每個(gè)應(yīng)力面的體積圖。 1.10必須等于所述負(fù)荷的大小P。然而，這是我們可以從我們的靜力學(xué)的知識(shí)推導(dǎo)出，對(duì)于正應(yīng)力在桿的不同部分分配的唯一信息。應(yīng)力在任何給定部分的實(shí)際分配是靜態(tài)的不確定的。要了解更多關(guān)于這種分布，有必要考慮負(fù)載的應(yīng)用在下一章中進(jìn)一步討論的.這個(gè)棒的末端的特定模式所產(chǎn)生的變形。在實(shí)踐中，將假定的正常分布在軸向加載構(gòu)件的應(yīng)力是均勻的，除了在負(fù)載的應(yīng)用的點(diǎn)的附近。應(yīng)力的值則可從式（1.5）來獲得。但是，我們應(yīng)該認(rèn)識(shí)到，當(dāng)我們假定應(yīng)力的部分，即均勻分布，當(dāng)我們假定內(nèi)力均勻分布在部分分布，從基本的靜態(tài)遵循，內(nèi)部的合力p必須在段（圖1.11）的質(zhì)心C下施加。這意味著，應(yīng)力的均勻分布是可能的，只有該集中載荷的P動(dòng)作和P9的線通過考慮（圖1.12）部分的質(zhì)心。這種類型的負(fù)荷被稱為中心裝載和將被假定為發(fā)生在桁架和銷連接結(jié)構(gòu)，如一個(gè)在圖1.1中視為找到的所有直兩力的成員。然而，如果兩力構(gòu)件被軸向加載，但偏心如圖。 1.13a，我們從圖中所示的構(gòu)件的一部分的平衡的條件下找到。 1.13b在截面的形心和力矩M 5的Pd幾輛M，在一個(gè)給定的部分的內(nèi)力必須等于一個(gè)力P施加的分布力，因此，對(duì)應(yīng)的分布的應(yīng)力是不可能均勻的。應(yīng)力的分布，也不可以是對(duì)稱的，如圖1.1所示這一點(diǎn)也將在下一章中進(jìn)行詳細(xì)討論。
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