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風能是可再生能源中發展最快的清潔能源，也是最具有大規模開發和商業化發展前景的可再生能源。積極發展可再生能源，對增加能源供應，調整能源結構，緩解環境污染，保障能源安全，促進經濟發展，建設和諧社會都起到重要的作用。
輪轂是將葉片和葉片組固定到轉動軸上的裝置，輪轂和葉片組之間通過變槳軸承連接，和主傳動軸之間通過法蘭連接。它將風輪的力和力矩傳遞到主傳動機構，是風能與動能之間的能量轉化系統。風機葉片旋轉時會產生氣動載荷，同時其慣性力、離心力和重力都會通過葉片根部傳遞至輪轂，加之其自身的重力和結構復雜性，在各種靜載荷和交變載荷的作用下，輪轂與葉片，與法蘭的連接處很容易引起應力集中和疲勞破壞。另外，輪轂連接風機主軸，其重量產生的彎矩通過主軸作用于塔筒，對塔筒的強度和壽命有很重要的影響。因此輪轂作為風電機組的重要組成部件，研究的問題在于如何改善輪轂的結構設計、減輕輪轂的重量對以提高風電機組的整體性能。而難點在于既要通過優化設計減輕了輪轂自重，而且要滿足輪轂材料的強度極限和壽命要求。
考慮到輪轂重載荷對整機強度和壽命所帶來的負面影響，前人做過采用變截面設計來減輕輪轂重量的優化設計，即通過減少輪轂壁厚的方法達到減輕重量的目的。但該方案沒有進行疲勞壽命分析，并且變截面設計會增加輪轂的加工難度，因此不宜實施。
本文針對前人方案沒有疲勞壽命分析和其加工困難的問題，以減輕輪轂自重為目標，對風機輪轂不僅進行了靜強度有限元分析，也進行了疲勞壽命分析，通過對比分析多個計算結果得到最佳優化方案，優化方案在滿足強度和疲勞壽命要求的前提下，不僅減輕輪轂的自重，而且其最大應力值比未優化之前有所降低。從而提高了主軸、塔筒以及風電機組整體結構的強度性能，同時鉆孔設計簡單易實施，因而更具有實際生產的可行性。
在對輪轂優化之前，首先要保證其己經滿足強度要求并且有比較大的優化空間，故需對其強度校核。而輪轂是大型鋼結構實體，體積重量大，結構和載荷工況復雜，無法采用簡單的工程算法對其應力應變進行精確的計算校核。有限元方法作為一種數值計算方法，不僅能夠大幅度提高計算精度，而且降低設計與制造成本、節省時間，被廣泛應用在航空、機械等多個工程領域。
專業從事機械產品設計│有限元分析│強度分析│結構優化│技術服務與解決方案
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