復合材料風力機葉片結(jié)構(gòu)設計.pdf

1、葉片是風力機最重要的部件之一也是受力最為復雜的部件。設計良好的葉片是風力機獲得較高風能利用系數(shù)和較大經(jīng)濟效益的基礎。從風機葉片的工作特性考慮，結(jié)合復合材料強度高、密度小、耐腐蝕等優(yōu)點，纖維增強復合材料也就成為葉片的主要材料的不二之選。對于復合材料風機葉片的設計，就需要有強大的理論支撐，以保證結(jié)構(gòu)設計的可行性、合理性及經(jīng)濟性。 本文采用橋聯(lián)模型理論，充分考慮基體材料非線性特性對結(jié)構(gòu)強度所帶來的影響，并將橋聯(lián)模型與有限元軟件結(jié)合起來

2、，對這種一次成型技術(shù)生產(chǎn)的具有三維復雜構(gòu)形的復合材料風機葉片的逐次破壞過程和極限承載能力進行了分析，計算和模擬。在計算過程中只需提供纖維和基體的材料性能參數(shù)、纖維體積含量以及蒙皮和增強筋的鋪層數(shù)據(jù)包括鋪設角、層厚和鋪層數(shù)，就可預報出復合材料復雜葉片結(jié)構(gòu)的整體承載能力以及葉片破壞所處的位置，為正確評估和合理設計風機葉片結(jié)構(gòu)提供了一種簡便有效的分析方法。對這種確定的鋪層設計方案的葉片進行了全面的分析驗算。 本文通過對20KW和660

3、KW的風機葉片做了詳細的鋪層設計方案比較，并對這兩種不同功率葉片進行了詳細的強度分析、剛度分析、極限承載能力計算、破壞分析、固有頻率計算以及穩(wěn)定性分析。同時對大型的風機葉片如660KW做了兩種結(jié)構(gòu)設計方案：空心結(jié)構(gòu)和加泡沫芯結(jié)構(gòu)。對這兩種結(jié)構(gòu)進行了強度、剛度、固有頻率計算和穩(wěn)定性分析，同時采用NREL開發(fā)的專門計算復合材料葉片結(jié)構(gòu)性能的免費開放源碼程序Precomp計算出這兩種結(jié)構(gòu)葉片各個截面上的單位葉長質(zhì)量、揮舞剛度、擺振剛度、扭轉(zhuǎn)剛