風力機葉片鋪層結構的強度特性研究及設計優(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構可靠性，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意義。
　　 目前，國內外研究主要是將鋪層結構強度作為評定葉片結構可靠性的一個指標，而沒有深入研究風載荷作用下葉片鋪層結構的應力場分布特性及其對葉片不同結構區(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計方法獲得的鋪層結構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構的強度特性，不同鋪層纖維角度對鋪層結構強度的影響，最后基于試驗設計法，實現(xiàn)了鋪層結構優(yōu)化設計，從而為鋪層結構優(yōu)化設計方法研究提供基礎，其主要研究內容和結論如下：
　　 (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，研究了鋪層結構定義和復合材料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構特征區(qū)域強度的影響。結果表明，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)化設計應考慮葉片不同結構特征區(qū)域。
　　 (3)進行了多種風速下葉片結構的靜態(tài)應力響應分析，重點研究了葉根截面節(jié)點處沿鋪層厚度分布的應力和位移分布規(guī)律，結合復合材料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計在葉根不適用的原因。分析表明，葉根不滿足平面假設，面內其它應力分量(面內橫向正應力和切應力)是影響葉根強度的主要因素，鋪層結構設計方法必須考慮面內其它應力分量。
　　 (4)針對基于歐拉伯努利梁理論初步鋪層設計方法獲得的葉根強度嚴重不滿足的葉片，基于試驗設計法，設計了多種鋪層方案，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)量最少為設計目標，實現(xiàn)了葉片鋪