實際應(yīng)用的風力發(fā)電設(shè)備必須滿足使用壽命長和維護保養(yǎng)工作少的要求，且這些要求在設(shè)備的研發(fā)階段就應(yīng)盡量滿足。模擬軟件ADINA在設(shè)計階段就能對風力發(fā)電設(shè)備在空氣氣流作用下的結(jié)構(gòu)特性進行計算，是提高設(shè)備性能的有效手段。

　　模擬技術(shù)專家ISKO公司利用現(xiàn)代化的運算方法對風力發(fā)電設(shè)備的剛性結(jié)構(gòu)和柔性結(jié)構(gòu)進行了分析計算，例如其在風力作用下的結(jié)構(gòu)特性。在設(shè)備的模擬、分析和計算過程中，15年前的多功能物理模擬計算工具ADINA軟件給了ISKO公司的工程師們極大幫助。借助該模擬軟件豐富的功能，可以對提出的結(jié)構(gòu)力學(xué)、流體力學(xué)、聲學(xué)、熱力學(xué)和電磁學(xué)等方面的問題進行模擬計算。為了獲得盡可能符合實際情況的模擬分析，ADINA軟件也考慮了所謂的FSI，即流體結(jié)構(gòu)影響因素。

　　找出設(shè)計中的薄弱環(huán)節(jié)

　　利用模擬分析的結(jié)果就能夠直接得到風力發(fā)電設(shè)備的結(jié)構(gòu)(如轉(zhuǎn)子葉片)與環(huán)境氣流間的相互關(guān)系(圖1)。在此計算分析中不僅可以得出氣流對發(fā)電設(shè)備結(jié)構(gòu)的影響，而且還可得出設(shè)備對周圍環(huán)境的反作用，實踐表明這些結(jié)果都是非常有說服力的。例如，模擬結(jié)果不僅清楚顯示了轉(zhuǎn)子葉片的變形或振動，而且也顯示了全局性和局部性的交互作用，如進入氣流與葉片振動和塔架振動之間的交互關(guān)系。這一模擬工具包含了結(jié)構(gòu)動力學(xué)和流體力學(xué)兩大領(lǐng)域中所有重要的建模和分析方法，幾乎能夠模擬所有希望得出模擬分析結(jié)果的機械部件和連接件的情況。

　　圖1 ADINA軟件模擬風力發(fā)電設(shè)備結(jié)構(gòu)與空氣氣流之間的交互作用

　　準確的風力發(fā)電設(shè)備結(jié)構(gòu)圖和其所使用的材料允許工程技術(shù)人員在風力發(fā)電設(shè)備研發(fā)設(shè)計的早期階段就通過模擬分析得到設(shè)備薄弱環(huán)節(jié)的有關(guān)信息和基本資料。按照所需詳細程度進行的結(jié)構(gòu)模擬，一部分是在極端負載情況下的進行的，能夠在實際制造價格昂貴的樣機之前，以及在進行代價巨大的性能測試之前，就清楚的指出設(shè)計中的薄弱環(huán)節(jié)。在進行氣流影響模擬分析時，ISKO公司采用了渦輪機變量數(shù)學(xué)模型(圖2)，能夠用很高的清晰度對感興趣的部位進行模擬和顯示。這一模擬分析的范圍很廣，包括了從2D模型試驗到轉(zhuǎn)子分析，直至整個風力發(fā)電設(shè)備的氣流環(huán)境條件的分析。

　　圖2 ISKO公司利用渦輪機變量數(shù)學(xué)模型進行的模擬

　　零部件的最佳設(shè)計和數(shù)字化管理

　　在風力發(fā)電設(shè)備的模擬中，最令人感興趣的是轉(zhuǎn)子葉片多層次的機械負載分析，即考慮轉(zhuǎn)子葉片自重、旋轉(zhuǎn)、質(zhì)量慣性、進氣條件和安裝環(huán)境等方面的機械負載分析。利用柔性結(jié)構(gòu)在氣流環(huán)境中的模擬分析，能夠把風力發(fā)電設(shè)備相關(guān)的預(yù)測質(zhì)量提高到新的水平。轉(zhuǎn)子葉片由氣蝕和離心力引起的負荷與轉(zhuǎn)子葉片風壓分布狀況及周期性交變壓力的疊加能夠得出新的有價值的真實負載的結(jié)論。