風力機復合材料葉片疲勞壽命預測.pdf

1、能源問題和環(huán)境問題已經成為了人類生存與發(fā)展不得不共同面對的問題。一方面，人類對電的需求快速增長，“電荒”現(xiàn)象時有發(fā)生。另一方面，常規(guī)能源在開發(fā)利用的同時也制約著人類的生存與發(fā)展。因此，人類對能源的需求使得新能源日益受到重視。和目前可開發(fā)利用的新能源比較，由于風電具有開發(fā)歷史長、技術可靠和商業(yè)價值高等優(yōu)勢，所以風電將成為清潔能源主要發(fā)展方向之一。截止2014年，全球累計裝機容量超過369.5GW。風電產業(yè)規(guī)模不斷地擴大，而葉片是風力發(fā)電機

2、的核心部件，造價約占整個設備的16％-20%。同時，風力機葉片的使用壽命很大程度上取決于疲勞壽命。因此，葉片的疲勞研究具有重大的現(xiàn)實意義。
　　本文提出了一種預測風力機復合材料葉片疲勞壽命的方法。首先，依據GL2010標準中確定的疲勞工況，利用GH-Bladed軟件快速計算得到葉片的疲勞載荷譜；第二，在ANSYS有限元軟件中創(chuàng)建葉片的參數(shù)化建模，采用 SHELL181單元定義復合材料，并通過瞬態(tài)分析，得到疲勞應力譜；第三，依據GL

3、2010標準中的復合材料S-N曲線定義，在FE-SAFE軟件中進行葉片復合材料多組分疲勞分析。本文所提出的方法與其他相比，有3個方面的不同：①疲勞載荷譜依據GL2010標準中的疲勞工況計算；②通過瞬態(tài)分析得到疲勞應力譜，能夠更真實地反映出疲勞風況下的整個葉片受力情況；③在進行疲勞分析時，考慮了復合材料多組分特點，輸入多條S/N曲線。最后，具體以某850kW葉片作為算例，進行全壽命分析，計算所得的疲勞壽命為24.8年，符合工程實際使用壽命