文档介绍：国防科技大学学报
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文章编号:———
基于的大型复合材料风力机叶片结构分析。
周鹏展,肖加余,曾竞成。,王进。,杨军
.国防科技大学航天与材料工程学院,湖南长沙;
.株洲时代新材料科技股份有限公司,湖南株洲;
.长沙理工大学能源与动力工程学院,湖南长沙
摘要:基于软件,对某款应用于风场的大型复合材料风力机叶片进行了结构分
析。分析结果表明:该叶片的振型以一阶挥舞和一阶摆振为主,.;在极限挥舞
载荷作用下,该叶片有限元模型计算得到的叶尖挠度为.,而该叶片全尺寸静力试验得到的极限挥舞载
荷作用下的叶尖挠度为.,计算值与试验值的误差只有.%;另外,该叶片的最大计算拉应力和压应力
分别为和,而该叶片玻纤/环氧复合材料实测拉伸强度和实测压缩失稳强度分别为和
,其计算最大应力只有对应实测极限强度的.%和.%。
关键词:复合材料;风力机叶片;结构分析;极限挥舞载荷
中图分类号: 文献标识码:
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风力机叶片是风力发电机组的关键部件之一,随着世界风力发电机组向大功率方向发展,风力机叶
片的长度越来越长,目前世界最长的复合材料风力机叶片是丹麦公司生产的,其长度已达.,单
片重约,从而对叶片结构的强度、刚度、重量等的设计提出了更高的要求。复合材料具有比强度
高、比刚度高、重量轻、可设计性强、承力性能好等特点,因而在大型风力机叶片中获得了广泛应用。
风力机叶片的结构分析作为风力机叶片结构设计的技术基础之一,开始在大功率风力机叶片结构的校
核与优化设计中发挥着日益重要的作用。
由于大型复合材料风力机叶片的外形结构和铺层结构都非常复杂,其外形由不同翼型构建而成,属
· 收稿日期:——
基金项目:国家计划资助项目;中国博士后科学基金资助项目;湖南省科技资助项目

作者简介:周鹏展一,男,博士后。
周鹏展,等:基于的大型复合材料风力机叶片结构分析
于超长三维曲面壳体结构,且存在大量过渡层和夹芯结构,所以其铺层结构也很复杂,此外,风力机叶片
的载荷分布也不规则,求取复合材料风力机叶片结构的解析解非常困难,所以有限元法开始在风力机叶
片结构分析中广泛应用。目前国内外学者在风力机叶片的模态分析、应力和变形分析、结构优化、疲劳
分析等方面开展了许多研究,给大型复合材料风力机叶片结构分析提供了可以借鉴的分析方法。
风力机叶片结构有限元模型
. 叶片结构有限元分析理论基础¨刨
叶片结构有限元分析的理论基础是有限单元法,它通过将结构比较复杂的大型几何体离散成有限
数目单元体,对每个单元体应用弹性力学基本方程和最小位能原理进行联立求解,得出满足工程精度的
近似结果来替代对实际结构的分析,可解决很多实际工程需要解决而理论分析又无法解决的复杂问题。
对于一个连续的弹性体,在用有限元法进行离散化后,这些单元都通过节点传递载荷,则任意单元
体的位移向量可表示为

式中, 为任意单