復合材料葉片是風機設備中將風能轉化為機械能的關鍵部件。目前,葉片尺寸正在朝著大型化的方向發展,而其結構性能試驗的成本也隨之增加,因此,找到一種有效的結構計算分析方法對于節約成本以及結構校核和開發新型葉片就顯得尤為重要。
 

       隨著計算機技術的發展,有限元法在結構分析中得到了廣泛的應用。有限元強大的建模和結構分析功能適用于復合材料葉片的應力、變形、頻率、屈曲、疲勞及葉根強度分析。ANSYS 是一款著名的商業化大型通用有限元軟件,廣泛應用于航空航天、機械制造等領域。ANSYS 多物理場仿真及耦合的獨特功能,以及200 多種單元類型,可以對復合材料結構設計、材料研究及制造工藝提供完整的解決方案。總之,對于復合材料結構計算分析,完全可以通過ANSYS 程序來實現。

       但是,因復合材料葉片結構的特殊性,例如:1) 形狀不規則(每個截面都不同) ;2) 鋪層復雜,過渡層很多;3) 大量夾層結構(“三明治”結構) ;4) 大量粘結區域。所以,其有限元模型的建立是葉片結構有限元分析中的一大難題,而單元類型的選擇又決定著建立有限元模型的難易。目前,復合材料風電葉片有限元模型在單元類型的選擇上主要采用3 種單元型:shell99 殼單元、shell91 殼單元、Solid46 實體單元。選擇實體單元,雖然能提高有限元的計算精度,但是建立葉片的有限元模型會花費大量的工作時間,且很難定義單元坐標,這非常不利于工程上葉片的結構校核及分析;選擇殼單元,可以方便地設置和修改鋪層厚度,單元坐標的設置容易實現,建模和計算時間比采用實體單元少,這極大地提高了工作效率,而且其計算精度完全可以滿足工程需要。因此,使用shell99 殼單元,通過三維建模,建立了葉片的有限元模型,并以懸臂梁的方式,對葉片的模態和靜力變形進行了計算分析,通過計算,得出了葉片的重量、振型及最大變形,并與試驗數據進行了對比。

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