文档介绍：维普资讯
玻璃钢年第期
译文
自适应性风力发电机叶片的设计概念评估
谢晓芳译陈余岳校
上海玻璃钢研究院,上海
一
. 摘要
本著旨在开发一种自适应性弯一扭耦合叶片的概念结构设计,对备选概念进行评估,确定与成型、
载荷轨迹以及应力集中有关的因素,评估结构性能和成本,并选择一个有望在成型工艺、强度和耐久性方
面脱颗而出的构型. ·
本报告概括了本项目所完成的一些工作,包括采用的方法、
作包括
’通过研究基本的静态强度、刚度和制作成本,对适用于自适应性叶片的备选纤维取向以及织物构造
进行了确定和评估.
对有潜力的叶片结构配置进行了参数研究,在研究成型成本以及所能达到的弯扭耦合级别的基础上,
叫古了每个构型.
基于参数研究结果,选择一个构型进行进一步评估研究,开发了—个完整的叶片模型,并在研究成
型成本以及定常加载条件下弯扭行为的基础上对此模型进行了评估.
技术方法
综述.
本著旨在开发一种自适应性弯一扭耦合叶片的概念结构设计,对备选概念进行评估,
确定与成型、载荷轨迹以及应力集中有关的因素,评估结构性能和成本,并选择一个有望在
成型工艺、强度和耐久性方面脱颖而出的构型。
本报告概括了本项目所完成的一些工作,包括采用的方法、构型和材料考虑以及使用的
计算方法。工作包括: 。.
通过研究基本的静态强度、刚度和制作成本,对适用于自适应性叶片的备选纤维取
向以及织物构造进行了确定和评估。
对有潜力的叶片结构配置进行了参数研究,在研究成型成本以及所能达到的弯扭耦
合级别的基础上,评估了每个构型。
基于参数研究结果,选择一个构型进行进一步评估研究,开发了一个完整的叶片模
· ·
维普资讯
型,并在研究成型成本以及定常加载条件下弯扭行为的基础上对此模型进行了评估。目前,
通过转子体系设计研究里的气动模拟来评估该设计。
根据这些结果和结论,推荐了一些接下来与自适应性叶片有关的工作。
. 方法
本项目使用的叶片设计与叶片体系设计研究和转子体系设计研究的是一致
的。。由于许
多自适应性叶片设计结合使用了碳纤维/玻璃纤维混杂纤维,因此第二个基准设计是全玻璃
纤维预浸料蒙皮配合碳纤维/玻璃纤维混杂加强梁并没有弯扭耦合的转子。
本项目评估了一些备选设计概念,考虑了载荷减少的可能、力学性能、静态和动态稳定
性、结构有效性、可成型性,评估了制造成本。对任何一种所考虑的设计,都进行了初步的
结构计算以确定所需的叶片结构大小。通常使用的步骤如下:
开发一个标准载荷,可以代表最极端的拍动弯曲情况。
采用微观力学和经典层合原理来评估所推荐的复合材料的设计应变静态压缩和拉伸。
使用界面建立一个典型叶片剖面的模型。
使用模型来确定承受最大结构载荷所需要的铺层顺序。
评估此后的质量、刚度和拍动扭耦合程度。
向生产商咨询来确定备选制造方法,评估生产成本,以及确定制造和,或获得结构牢固性
所存在的一些潜在难题。
为了评估备选材料和结构设计,本项目利用一个不变的,代表最长弦%跨处典型
叶片的横截面形状来进行参数研究,基于参数研究结果,为所选择的结构构型开发出一个完
整的叶片设计。
. 概念研究
本项目对产生弯扭耦合的两种基本的材料类型进行了评估,一种是缝合混杂织物,碳纤
维。取向相对于卷曲方向,玻璃纤维以第二个角度取向。为了织物的稳定和操作,在
第三个方向上还包括了一些了少量的固定纤维。另一种材料类型是由取向程度较高的非连续
碳纤维构成的碳纤维预成型结构。用这些材料,研究了下述结构配置。
.. 偏轴蒙皮配合常规的非偏轴加强梁帽
在这种方法里,蒙皮提供弯扭耦合。非偏轴玻璃纤维或混杂碳纤维/玻璃纤维加强
梁帽提供大部分的拍动弯曲强度,但是扭转也比较容易。偏轴蒙皮里的方向的碳纤维从
叶片的前缘一直延伸到后缘,在那些位置产生了严重的应变。在详细的设计里,为了改善这
种情况,希望在到达前缘和后缘之前减少碳纤维的用量,但是,对于目前的评估来说,偏轴
蒙皮被认为在整个弦向范围内都是连续的。
.. 常规的三轴向蒙皮配合偏轴箱式加强梁帽
在这种方法里,拍动弯曲强度和弯扭耦合都是由相对较厚的加强梁帽来提供的,而蘩皮
由常规的三轴向玻璃纤维材料制造。在常规的叶片设计里,该加强梁帽的上部和下部主要是
单向布,而其它蒙皮由很少量的三轴向布组成。在这类设计里,加强梁贡献了大部分的拍动
· ·
维普资讯
刚度,但提供的扭转刚度则大约只为%。因此,制造一个柔性扭转的加强梁未必会使整个
叶片扭转容易,导致一个整个柔性