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第 31 卷 第 21 期
2009 年 11 月
武 汉 理 工 大 学 学 报
JOURNAL OF WUHAN UNIVERSITY OF TECHNOLOGY
Vol .31 No .21
Nov .2009
DOI :10 .3963/
j
.issn .1671-4431 .2009 .21 .035
复 合 材 料 风 电 叶 片 有 限 元 刚 度 分 析
靳交通
1
,梁鹏程
1
,曾竟成
2
,杨跃华
1
,江 翼
1
(1 .株洲时代新材料科技股份有限公司 ,株洲 412007 ;2 .国防科学技术大学航天与材料工程学院 ,长沙 410073)
摘 要 : 建立了某兆瓦级风电叶片的三维模型并采用有限软件 ANSYS 的壳单元 shell99 对风电叶片进行了模态分析
和静力分析 。 结果表明 :风电叶片 flapwise 和 edgewise 2 个方向上一阶固有频率以及 2 种载荷工况下的位移分析结果与
实测结果基本吻合 ,从而证明了该方法的可行性 。 该方法缩短了建模时间 ,提高了工作效率 ,对工程上叶片结构校核及
新产品开发具有一定的指导意义 。
关键词 : 复合材料叶片 ; 有限元 ; 模态 ; 刚度
中图分类号 : TK 83 文献标识码 : A 文章编号 :1671-4431(2009)21-0133-04
Finite Element Analysis for Composite Material Wind Rotor
Blade Stiffness
JIN Jiao
-
tong
1
,L IA NG Peng
-
cheng
1
,ZENG Jing
-
cheng
2
,Y A NG Y ue
-
hua
1
,JIA NG Y i
1
(1 .Zhuzhou Times New M aterials Technology Company LTD ,Zhuzhou 412007 ,China ;
2 .School of Aerospace and Material Engineering ,National University of Deffense Technology ,Changsha 410073 ,China)
Abstract :
This paper created three-dimensional model for one type of blade .Blade model was imported to ANSYS environ-
ment for finite element analysis .the modal analysis and the static analysis of this blade were calculated by shell99 element .T he
first natural frequency in flapwise and edgewise and the displacement value in the two load case were basically consistent with
testing result .Therefore ,this method was feasible .T his method could shorten modeling time and improve working efficiency ,
and also it was the base for blade structure calculation and check and new product developing .
Key words :
composite material rotor blade ; finite element ; mode ; stiffness
收稿日期 :2009-06-15 .
基金项目 :国家 863 项目(2007AA03Z563)和湖南省重大科技专项(2006GK1002) .
作者简介 :靳交通(1980-) ,男 ,硕士 .E-mail :
j
injiaotong@
y
ahoo .com .cn
复合材料叶片是风机设备中将风能转化为机械能的关键部件
[1]
。 目前 ,叶片尺寸正在朝着大型化的方
向发展 ,而其结构性能试验的成本也随之增加 ,因此 ,找到一种有效的结构计算分析方法对于节约成本以及
结构校核和开发新型叶片就显得尤为重要 。
随着计算机技术的发展 ,有限元法在结构分析中得到了广泛的应用 。 有限元强大的建模和结构分析功
能适用于复合材料叶片的应力 、变形 、频率 、屈曲 、疲劳及叶根强度分析 。 ANSYS 是一款著名的商业化大型
通用有限元软件 ,广泛应用于航空航天 、机械制造等领域 。 ANSYS 多物理场仿真及耦合的独特功能 ,以及
200 多种单元类型 ,可以对复合材料结构设计 、材料研究及制造工艺提供完整的解决方案 。 总之 ,对于复合
材料结构计算分析 ,完全可以通过 ANSYS 程序来实现
[2]
。
但是 ,因复合材料叶片结构的特殊性 ,例如 :1)形状不规则(每个截面都不同) ;2)铺层复杂 ,过渡层很多 ;
3)大量夹层结构(“三明治”结构) ;4)大量粘结区域 。 所以 ,其有限元模型的建立是叶片结构有限元分析中的
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