風力機葉片鋪層結(jié)構(gòu)的強度特性研究及設(shè)計優(yōu)化.pdf

1、葉片作為風力發(fā)電機的捕風部件，其重要性是不言而喻的。研究如何保證葉片的結(jié)構(gòu)可靠性，提高氣動效率，同時又盡量減少葉片的成本，顯然具有十分現(xiàn)實的工程價值和學術(shù)意義。
　　 目前，國內(nèi)外研究主要是將鋪層結(jié)構(gòu)強度作為評定葉片結(jié)構(gòu)可靠性的一個指標，而沒有深入研究風載荷作用下葉片鋪層結(jié)構(gòu)的應(yīng)力場分布特性及其對葉片不同結(jié)構(gòu)區(qū)域強度的影響。研究表明，基于歐拉伯努利梁理論初步鋪層設(shè)計方法獲得的鋪層結(jié)構(gòu)在葉根嚴重不滿足實際強度的要求。正是基于此，本

2、文研究了葉片復合材料鋪層結(jié)構(gòu)的強度特性，不同鋪層纖維角度對鋪層結(jié)構(gòu)強度的影響，最后基于試驗設(shè)計法，實現(xiàn)了鋪層結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計，從而為鋪層結(jié)構(gòu)優(yōu)化設(shè)計方法研究提供基礎(chǔ)，其主要研究內(nèi)容和結(jié)論如下：
　　 (1)基于復合材料有限法和Tsai-Wu強度失效準則，開展了葉片有限元幾何建模方法的研究，研究了鋪層結(jié)構(gòu)定義和復合材料Tsai-Wu強度失效準則在有限元方法中的實現(xiàn)。
　　 (2)設(shè)計了包含多種纖維角度的鋪層方案，研究了各種鋪層

3、方案下在多個截面節(jié)點處沿鋪層厚度分布的Tsai-Wu強度指標分布規(guī)律，進一步研究了鋪層纖維角度對葉片三個不同結(jié)構(gòu)特征區(qū)域強度的影響。結(jié)果表明，鋪層纖維角度對葉片各個區(qū)域的強度的影響具有明顯的差異性，鋪層纖維角度的優(yōu)化設(shè)計應(yīng)考慮葉片不同結(jié)構(gòu)特征區(qū)域。
　　 (3)進行了多種風速下葉片結(jié)構(gòu)的靜態(tài)應(yīng)力響應(yīng)分析，重點研究了葉根截面節(jié)點處沿鋪層厚度分布的應(yīng)力和位移分布規(guī)律，結(jié)合復合材料Tsai-Wu失效準則，研究了葉根鋪層強度特性，詳細剖

4、析了基于歐拉伯努利梁理論進行鋪層初步設(shè)計在葉根不適用的原因。分析表明，葉根不滿足平面假設(shè)，面內(nèi)其它應(yīng)力分量(面內(nèi)橫向正應(yīng)力和切應(yīng)力)是影響葉根強度的主要因素，鋪層結(jié)構(gòu)設(shè)計方法必須考慮面內(nèi)其它應(yīng)力分量。
　　 (4)針對基于歐拉伯努利梁理論初步鋪層設(shè)計方法獲得的葉根強度嚴重不滿足的葉片，基于試驗設(shè)計法，設(shè)計了多種鋪層方案，以Tsai-Wu強度指標值為評定指標，對該葉片進行了多次有限元模擬試驗，以鋪層數(shù)量最少為設(shè)計目標，實現(xiàn)了葉片鋪