铺层参数对风力机叶片结构性能的影响分析

摘 要:复合纤维风力机叶片铺层结构复杂,其性能随铺层角度、铺层顺序和铺层厚度的不同而变化。为了优化铺层方案,论文研究了铺层参数对复合纤维风力机叶片静态结构性能的影响。以某MW级风力机叶片叶中段0-2/3段为对象,建立其有限元模型;采用双因素变量法分析铺层参数对叶片的性能影响,即设计典型铺层方案,以铺层顺序为定量,同时改变铺层角度和各铺层角度的比例,得出叶片具有良好性能的铺放参数。优化原有设计方案,结果表明改进后叶片的最大失效因子及最大位移明显降低,验证了所得结论的正确性。
关键词:铺层参数;静态性能影响;铺层优化;风力机叶片;复合纤维
0 引言
风力机叶片的受力情况十分复杂,承担了大部分动态和静态载荷,其结构性能对风力机的稳定运行起着非常重要的作用。为了提高其性能和质量,复合材料风力机叶片采用铺放和树脂浸透等成型工艺制造[1]。风力机叶片的性能取决于其铺层结构。叶片结构由承载层和夹芯复合而成,而承载层又由纤维层多方向铺设合成。在铺层结构设计中,除了综合考虑铺层原则、铺放工艺,还要使铺层结构适应叶片的承载情况。为使纤维轴向高刚强度的特性得以最大化利用,要求铺层的纤维轴线应与构件所受的拉压方向一致[2]。合理的铺层结构设计,是叶片在各种风载情况下性能得以保证的前提。
论文基于风力机叶片复杂的气动外形、承载情况及非等厚度铺层结构,探讨风力机叶片的有限元建模和铺层结构设计;研究铺层参数对叶片静态结构性能的影响。
1 有限元模型的建立
大型风力机叶片在运行中最大应力集中部位主要出现在叶中段1/3-2/3处,论文中采用某公司的成熟叶片改进后加以分析,取距叶根28.75m的一段为研究对象,建立其有限元模型。