文档介绍：第29卷专辑固体力学学报
2008 年 12 月 CHINESE JOURNAL OF SOLID MECHANICS December 2008

风力机叶片 CAD 与 CAE 结合建模计算

费金凡* 张小玉李卓球刘冬
(武汉理工大学理学院,武汉,430070)

摘要大型风力机叶片外形复杂多变,用有限元计算之前建立一个准确的三维实体模型是关键。而 CAE
的建模功能却是分析的瓶颈,就需要在建模功能更为强大和方便的 CAD 环境中进行建模工作。本文以 25m 风力
机叶片为例,先在 CAD 中建立精确的叶片实体模型,再将模型导入 CAE 中进行分析。这样能大大简化工作量,
为后续计算提供基础。
关键词风力机叶片,CAD,实体建模,CAE,有限元建模

0 引言所示。
能源是人类社会发展不可缺少的三大动力之一。
现今石油、煤炭等化学燃料正慢慢的消失殆尽。寻
求一种能够替代以上能源的新型并且可再生的能源
是当务之急。目前在可再生能源中,除水电以外,风电
最具有商业开发条件。风力机正是可以将风能转化
为电能的重要工具。而风力机叶片是风力机的核心
部件,是风力机进行能量转换的重要组成部分[1]。然
而为了更有效的捕捉风能,叶片往往都采用复杂多
,
变的气动外形。同时现今的高性能风力机叶片都采图 1 弦长和扭转角分布图
用玻璃纤维或碳纤维复合材料铺层结构制造而成, The distribution of the chord and torsion angle

如何能在建模中准确的表达它的铺层结构也成为对
叶片建模的一大重点和难点[2]。ANSYS 作为最通用
的 CAE 软件,虽具有全面并强大的计算分析功能,
但是一旦遇上复杂多变的模型,它建模的局限性便
显现无疑。而在做计算分析前,建立准确的模型是
前提。Pro/E 是一种拥有强大绘图功能的 CAD 软件,
特别是对于形状复杂的实例,它更是解决问题的关
键。
1 叶片 CAD 实体建模
图 2 叶片翼型
本文采用的风力机叶片总体性能参数:风轮直径
The blade airfoil
50 m, 叶片长 25 m;叶片的额定功率为 1 MW;翼
型采用 NA63A61x 系列;最大弦长为 m;叶尖数据准备
弦长为 m,叶根圆直径为 m。由于该扭曲的先从 profili 中读出各个截面上离散点的坐标
叶片外形较复杂,本文将整个叶片分成 6 个叶素。(,x y ),再求解以气动中心为原点的离散点的坐标
经计算得各弦长和扭转角如图 1 所示,图中菱(',')x y ,最后将坐标系旋转一定角度,即可得点的
形代表弦长,正方形代表扭转角。叶片翼形如图 2 空间坐标(x '',yz '', ) ,用矩阵形式可表示为:

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